齒輪減速機維護

魏長柏 李濤

（河鋼集團承德鋼鐵分公司 河北承德067000）

1 前言

齒輪減速機（以下簡稱減速機）是機械傳動的重要組成部分，是一種封閉在箱體內的齒輪或蝸桿傳動所組成的獨立傳動裝置，通常應用于原動機和工作機之間，具有傳遞大扭矩和改變軸線之間相互關系的作用，因此被大量應用。作為傳動機構，減速機在現實中具有非常重要的作用，如其中一臺減速機出現故障，將造成停產并產生大量的故障時間，造成損失。因此，減速機的維護是設備維護工作重點［1］，減速機的日常點檢、維修內容需要一些方法、以及很高的檢查標準以保證其檢修質量，確保減速機在使用周期內不出故障。

2 故障分析

在減速機使用過程中的故障檢測方法一般分為：聽音、測溫、測振、螺栓緊固、模型診斷［2］。在大多數的實際工作中，前四種方法被大量的應用。減速機的故障診斷是一個在現場的實際工作中逐步積累的過程，需要大量的工作經驗才能準確判斷故障原因。在故障原因被找到以后，減速機將利用檢修時間下線維修。立式軋機減速機如圖1所示。

圖1 某軋鋼廠立式軋機減速機

故障實例：在正常軋鋼速度下，無鋼坯通過時，減速機表現出不規則，間斷的異聲；當鋼坯通過時聲音變為明顯的、濃厚的嗡嗡聲；測量的速度振動值為4.4mm／s，數值超過正常范圍上限；各部位軸承溫度52℃，在規定的報警范圍內；各部位螺栓無松動現象。

故障原因：通過檢查發現，2段齒輪軸與傘齒輪接觸部位存在錯位現象。初步判斷故障原因為2段齒輪軸鍵槽磨損、連接件鍵磨損、傘齒輪鍵槽磨損。

修復過程及處理方法：減速機下線解體，更換2段齒輪軸一根、更換傘齒輪一對，其他附件根據測量結果進行更換。

3 故障判斷與維修

3.1 減速機下線

下線前檢查事項：電機與減速機的聯軸器是否脫開、減速機與底座連接螺栓是否松開、各介質管路是否脫開并保證無干涉、其余附屬工作準備到位［3］。同時有一個重要的事項，應在底座上焊接減速機箱體定位塊或者頂絲，有了定位塊和頂絲，在減速機修理完畢安裝時可以確保其位于正確的工作位置上，利于減速機位置的調整。

3.2 減速機修理

減速機在工作位置吊運至修理區域后則進入了線下修理的過程，以下對修理過程進行簡述。

3.2.1 解體

吹掃箱體，保證減速機表面無雜物及灰塵、避免在解體過程中發生異常。

拆除箱體附屬管路、拆除相應部位連接螺栓。在此過程中應對照圖紙檢查，因減速機在箱體內部有時也存在連接螺栓，如不拆除會對后續工作造成返工。螺栓及附屬管路拆除后應放入固定存放區［4］，并對其進行檢查清理，螺栓除銹、浸油，保證上線時無異常。

3.2.2 零件檢查與測量

箱體分離后，減速機內部結構呈現。首先應對其備件進行初步檢查：

齒輪、軸檢查，內容包括：齒面燒傷、點蝕、磨損、斷齒、裂紋等；同時轉動快速軸，檢查齒輪是否與對應軸存在相對位移，以確保鍵槽及鍵無異常。

軸承檢查，內容包括：點蝕、保持架損壞、燒傷、輥子表面金屬剝落、生銹等。

箱體檢查，內容包括：裂紋、焊口開裂等。

初步檢查完畢后，可以決定減速機更換零件的一部分內容，剩下的更換內容需要對減速機數據進行測量而決定，同時此數據也是減速機上線后數據的一個參照。

測量內容：

（1）齒側隙。安裝齒輪側間隙，是指一對嚙合齒輪的非工作表面，沿法線方向的距離。一對安裝的嚙合齒輪必須留有齒側間隙，以補償齒輪制造與安裝時的精度公差，以及傳遞載荷時的彈性變形和由于受溫度影響的變形，并可貯存一定量的潤滑油，以改善齒輪表面的潤滑狀態［5］。通常齒輪的側間隙在確保正常使用的情況下越小越好，在制造時是根據齒輪所使用要求的精度等級來設計的。

齒輪標準保證側間隙是基本的側間隙規范。對于冶金機械設備的閉式傳動采用Dc，對于開式傳動則采用較大側隙De，可根據表1、表2、表3查取。

表1 圓柱齒輪的保證側間隙

表2 圓錐齒輪的保證側間隙

表3 蝸輪傳動的保證側間隙

齒輪側間隙增大，是由于齒輪磨損產生的。側間隙的調整如有偏心套杯，可進行微調，如無偏心套杯，側間隙無法調整。因此在綜合備件費用的情況下，允許側間隙適當增大，最大側間隙為安裝間隙的2～3倍。同時，在側間隙范圍正常情況下，還應對照圖紙測量齒輪的磨損量，表4為磨損范圍。

表4 磨損范圍

齒輪側間隙的測量方法日常中分為兩種：壓鉛法、百分表法［6］。

壓鉛法：選擇合適的軟鉛絲，沿從動齒輪一直輪齒的齒寬方向將3段鉛絲等距離使用油脂黏貼在該齒輪上，注意在實際工作中，齒寬在200mm以下，可黏貼2斷鉛絲，同時鉛絲的長度不應短于5個齒。然后轉動齒輪，經擠壓后軟鉛絲變扁其壓扁處即為齒輪的實際頂間隙，齒面側鉛絲厚度和即為側間隙，注意測量時應使用外徑千分尺，測量位置為鉛絲最薄處。缺點為費時，測量不是很準確，優點為可測量出頂側間隙，在實際應用中大量應用。

百分表法：固定好百分表，將百分表指針垂直于齒面，輕輕反復轉動齒輪，百分表讀數即為齒輪側間隙。較壓鉛法優點為測量結果準確，省時。需要測量精密尺寸時被大量應用。

現場實際工作中，為了互相驗證其測量結果，往往兩者同時使用。

對于上例減速機，按照每段軸距，進行測量，其中3段軸與4段軸軸距為180mm，則理論間隙為0.17mm，實際側間隙為0.42mm，證明3段軸與4段軸齒輪側隙正常。

（2）齒接觸。齒輪嚙合時，齒的工作表面因互相滾壓而留有可見的痕跡，所顯示的接觸斑點可以判斷齒輪傳動的裝配質量，齒輪嚙合是否正確。齒接觸標準按精度等級選定見表5。

表5 齒接觸標準精度等級

測量方法：通常用紅鉛油薄而均勻的涂抹在小齒輪的齒面上，并且涂抹位置應根據轉動方向涂抹在受力面上，按正確的轉動方向快速轉動齒輪，檢查大齒輪表面著色情況。接觸率應符合表4中情況，不符合應繼續檢查或者更換備件。

（3）軸承游隙。

徑向游隙，軸承不同等級的原始側間隙值可根據軸承類型、孔徑從軸承樣本中查取。檢查過程中，測量值不允許大于2倍的原始徑向游隙。測量時需使用塞尺進行檢測。

軸向竄動量。通常稱其為軸承軸向游隙，對裝配間隙不可調整的滾動軸承，因受熱膨脹產生軸向移動，這樣因內外圈相對移動而使軸承徑向間隙減小［7］。甚至使滾動體在內外圈之間卡住，故在裝配時，常將雙支承中的其中一個軸承和其端蓋之間留有軸向間隙a。

式中：L—軸承間的距離，mm；

?—線膨脹系數；

Δt—軸工作溫度與環境溫度之差值，℃。

實際應用時可按經驗數據a取0.25mm～0.40mm。當a＞1mm時，應進行更換。

對間隙可調整的滾動軸承，在裝配確定調整必要的間隙時，是通過軸承和其端蓋之間的墊片來進行調正的，其墊片是金屬的［8］。當a＞1mm時應進行調正或更換。

軸承的徑向游隙，可在軸承樣本中套取，軸向游隙則需要根據徑向游隙計算出，如表6列出所示。

表6 軸向游隙

Yo值可在軸承樣本中查取。

測量方法為百分表法。軸承端蓋應緊固牢靠，取值為軸向運動后百分表測量值差的絕對值。

根絕上述檢查及測量過程，就可以對減速機的所有主要零件是否存在故障有了認識，根據問題情況進行逐步更換處理。

4 裝配

4.1 減速機的組裝

根據上述檢查及測量過程，對減速機的所有主要零件是否存在故障有了認識，根據問題情況進行逐步更換處理。

上述事例中，更換2段齒輪軸一根、更換傘齒輪一對，并且根據測量結果對快速軸軸承31330、NU2332、31232及24132進行更換。更換過程中，首先應對備件各個尺寸校合，使其符合圖紙要求，其次對各個備件進行清理，去除零件表面保護層等，最后按照適合的方法對齊安裝。

清理過程中不應使用角磨機，應使用細砂紙進行打磨，最大限度的保護原有零件尺寸。

齒輪裝配方法分為熱裝法、冷裝法。現場實際中，因液氮的使用存在危險，同時可能存在無材料現象，往往熱裝法被大量應用，但是冷裝法裝配更結實，更無污染。

齒輪的熱裝最高能加熱到多高溫度，取決于過盈量大小。通常齒輪與軸之間有兩種配合，一種是帶鍵槽，另一種是完全過盈－不帶鍵槽。通常情況下，根據齒輪材質，加熱到150℃～180℃情況下，齒輪就可裝入軸上，但是實際中，為了確保裝配無異常，需要計算齒輪的熱膨脹量，保證漲出量大于原有過盈量的10絲即可。可根據公式進行計算：考慮到低溫回火，熱裝溫度也不應高出計算溫度30℃～40℃。加熱過程中，應用溫度計實時測量溫度，保證不超過計算溫度，并且采用定尺法檢測其實際尺寸是否符合。裝配中，應穩、準、狠、快速的裝入，并且裝入后立即將壓蓋鎖住，同時采用自然冷卻的方法，不能使冷水冷卻，使其淬火。環類金屬零件的熱膨脹了計算公式：

式中：Δd—直徑膨脹量，mm；

a—材料的膨脹系數，值為1.25×10－5／℃；

d0—初始直徑，mm；

t1，t0—變化后的溫度和初始溫度，℃。

軸承的裝配方法包括錘擊法、液壓機裝配法、熱裝法。現場實際應用中，熱裝法被大量應用。熱裝法局勢將軸承放入油中進行加熱到一定溫度，使軸承內孔膨脹后在裝配到軸上。實際中，軸承一般的加熱溫度達到80℃～110℃就可達到軸承的裝配要求，溫度不能超過120℃，超過120℃后軸承材質性能將發生變化。為了保證安裝順暢，安裝前需用游標卡尺進行定尺測量，保證其順利進入。現高科技發展，軸承加熱器也可代替油加熱，其特點是升溫快，無污染，但是油加熱的溫度均勻性、可靠性、潤滑性又是軸承加熱器無法取代的。

各個零件裝配完畢后，就需上線對減速機進行組裝，需要注意，組裝前務必對減速機內部油路進行吹掃，保證供油的順暢，保證每個供油點無異常。

減速機組裝完畢后，就是對各種數據的測量，以保證上線后無異常，其過程就是重復拆卸過程中的步驟，對安裝數據進行校合，并對數據進行記錄，其方法是對照拆卸步驟校合尺寸。

裝配完畢后，進行封箱。封箱中，箱體結合面密封通常采用密封膠密封，型號一般為樂泰587粘合劑，涂抹過程中，密封膠不可涂抹太厚，保證其壓實后厚度為0.05mm即可。封箱完畢后需對各連接螺栓進行檢查，是否可靠緊固，并且用塞尺對箱體集合面進行檢查，保證其縫隙不可超過0.05mm即可。檢查附屬管路是否可靠連接，并且連接之前一定對進行吹掃。

4.2 減速機上線

線下減速機組裝完畢后，減速機即將上線，上線過程中主要注意兩點，一是減速機與電機的同軸度及平行度的調整，二是減速機地腳螺栓的緊固。

同軸度與平行度的調整方法，現場中主要運行兩種，分別為三坐標測量法及百分表法，但是往往百分表法在現場實際檢修中被大量的應用。百分表法又采用的是雙表法進行測量，以保證同軸度及平行度同時進行調整。百分表法檢測過程中保證其中一端可靠固定，另一端繞軸座圓周運動，對測量的差值用加墊法對減速機進行調整。同軸度與平行度的要求在0.05mm之內，以保證轉動的穩定性。

地腳螺栓為保證其可靠緊固，需對其預緊力進行計算，

擰緊力矩計算公式為：

式中：d—螺栓公稱直徑，mm；

F—預緊力，N；K—擰緊力系數。

一般規定擰緊后螺紋連接件預緊力不得大于其材料的屈服點σs的80%，預緊力F計算公式為：

式中：σs—螺栓材料的屈服點，MPa；

As—螺栓公稱應力截面積，mm2。

標準數據查表即可。

減速機安裝完畢后，附屬管路進行安裝，現場實際中，法蘭的連接有時會使用膠皮墊進行密封，此種方法應盡量避免，可能造成油路堵塞，使減速機故障頻發。

4.3 減速機調試。

減速機安裝完畢后，需對減速機進行調試。調試前還需檢查減速機各個潤滑部位的潤滑，確保供油正常。根據電機實際轉數，應分階段、分時間進行運轉，譬如10%轉數轉20min，20%轉數轉10min，50%轉數轉10min，80%轉數轉10min，100%轉數轉2h以對其進行烤機，在轉動過程中，輔以各種檢測聽音、測溫、測振，以保證無異常。烤機完畢后，還需打開窺視孔對減速機齒輪、軸承等進行檢查。

5 結束語

為進一步保障齒輪減速機工作效率，在日常工作中還需要相關工作人員以檢查、組裝、找正為關鍵點，運用正確的方法、嚴格的標準、認真的態度，保證減速機維修質量，做好齒輪減速機故障的排查和保養工作，為機械生產的高質量實施保駕護航。