甘蔗壓榨機(jī)專用JY系列中心傳動(dòng)硬齒面減速器
眾所周知，一臺(tái)機(jī)器通常由三個(gè)部分組成即動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)。此外，根據(jù)機(jī)器工作需要，可能還有控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑、照明等輔助系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)裝置是指將動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能以機(jī)械的方式傳送到工作機(jī)構(gòu)上去的中間裝置。甘蔗壓榨機(jī)的傳動(dòng)裝置一般采用減速器，其作用是增大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速，以滿足甘蔗壓榨機(jī)的使用要求。
與通用減速器相比，甘蔗壓榨機(jī)專用減速器的特點(diǎn)：
1.工作平均轉(zhuǎn)矩在31~274t.m之間，輸出轉(zhuǎn)速為6~48r/min，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。載荷性質(zhì)為強(qiáng)沖擊，最大短時(shí)負(fù)荷可能比正常負(fù)荷大50%，是典型的低速重載齒輪減速器。
2.工作季節(jié)性很強(qiáng)。每年冬春工作120~150天，必須完成農(nóng)民全年生產(chǎn)的甘蔗壓榨任務(wù)。
3.減速器的尺寸重量大、造價(jià)高，生產(chǎn)、安裝周期長(zhǎng)，制造難度較大。
由于以上原因，甘蔗壓榨機(jī)減速器必須在長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下不會(huì)出現(xiàn)重大故障。
為了滿足減速器高可靠度、低失效概率的要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)制造過(guò)程中遵循以下原則：
1.以用戶提供的準(zhǔn)確的使用參數(shù)為設(shè)計(jì)的依據(jù)，進(jìn)行有針對(duì)性的專項(xiàng)設(shè)計(jì)制造。參數(shù)包括原動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)格、轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩，壓榨機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、短時(shí)過(guò)載大小、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，車間的環(huán)境條件以及環(huán)境的最高最低溫度等。
2.正確選擇傳動(dòng)型式。壓榨機(jī)減速器類型很多，如：①側(cè)傳動(dòng)圓柱齒輪減速器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、維護(hù)方便，但重量較大；②雙圓弧齒輪減速器，齒輪加工切齒深度要求高，不允許活向變位切削，裝配誤差要求嚴(yán)格，承載能力不夠充分發(fā)揮，存在嚴(yán)重點(diǎn)蝕斷齒現(xiàn)象，失效機(jī)率也很高，同時(shí)，齒輪精度不高，磨齒又困難；③中心傳動(dòng)功率分流圓柱齒輪減速器，其重量、制造與維護(hù)難度、造價(jià)等比較適中，具有良好的綜合性能；④三環(huán)、二環(huán)減速器，內(nèi)外齒輪偏心嚙合，同時(shí)嚙合齒數(shù)較多，理論上重量較小，但其嚙合處滑動(dòng)較大，潤(rùn)滑不充分，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，軸承承受沖擊負(fù)荷，且在制造上難以提高內(nèi)齒輪的硬度和精度，在大型低速重載傳動(dòng)中我們不采用三環(huán)、二環(huán)傳動(dòng)。此外按齒形和熱處理方法不同，還有漸開線、硬齒面和中硬齒面之分。為了達(dá)到良好的性能價(jià)格比、便于維護(hù)保養(yǎng)，我們選擇中心傳動(dòng)功率分流圓柱齒輪減速器為最佳傳動(dòng)方案，齒輪為漸開線齒硬齒面齒輪，與雙圓弧齒相比它具有可淬硬、磨齒的優(yōu)點(diǎn)，精度可達(dá)到6級(jí)甚至更高，承載能力高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
3.優(yōu)化齒輪幾何參數(shù)，優(yōu)選齒輪材料，采用先進(jìn)的制造工藝，保證足夠的強(qiáng)度裕度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們主要的設(shè)計(jì)依據(jù)是德國(guó)施羅曼—西馬克（SMS）公司的設(shè)計(jì)公式、數(shù)據(jù)和我們積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。減速器的承載能力和性能主要決定于齒輪副。優(yōu)化齒輪幾何參數(shù)，既包括齒輪傳動(dòng)中心距、模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角、齒寬等參數(shù)的搭配組合，各級(jí)齒輪等強(qiáng)度，也包括對(duì)強(qiáng)度、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、噪聲影響很大的變位系數(shù)、軸向重合度最佳值的選定。優(yōu)化、合理的幾何參數(shù)可提高承載能力10%~25%，降低噪聲 2~3分貝。
我們采用高強(qiáng)度低碳合金鋼（20CrMnMo、20CrNi2MoA等）為齒輪的材料，毛坯經(jīng)鍛造、預(yù)先熱處理、探傷后進(jìn)入粗加工，滾齒后進(jìn)行氣體滲碳、淬火，齒面硬度56-62HRC，精加工為磨齒、精度達(dá)到GB10095國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的6級(jí)精度甚至更高。采用這樣的材料的工藝加工出的齒輪基礎(chǔ)極限應(yīng)力均值δHlim=1500N/mm2、齒根彎曲極限應(yīng)力均值δFlim=450N/ mm2，比中碳合金鋼調(diào)質(zhì)滾齒中硬齒面的δHlim=750mm2、δFlim=280mm2，有大幅度提高。而齒輪的承載能力（以傳遞的轉(zhuǎn)矩T表示）與δHlim的平方成正比。當(dāng)幾何參數(shù)尺寸相同時(shí)，硬齒面減速器比中硬齒面減速器的δHlim翻一番，承載能力翻兩番。但必須說(shuō)明，硬齒面齒輪必須磨齒精加工，確保齒面接觸率沿齒長(zhǎng)達(dá)到80%以上，沿齒高達(dá)到70%以上，才能有效發(fā)揮其高承載能力的優(yōu)勢(shì)。
減速器承載能力計(jì)算和安全度、失效概率的確定，我們主要按SMS方法選定，并用GB3480國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法校核。考慮到我國(guó)材質(zhì)與工藝水平比德國(guó)低，在計(jì)算中偏安全取值，一般將計(jì)算出的承載能力降低20-30%作為實(shí)際承載能力。如用于甘蔗壓榨機(jī)減速器的齒輪點(diǎn)面應(yīng)力，德國(guó)SMS按它的公式計(jì)算允許δH=1150N/mm2、我們?nèi)ˇ?sub>H≤1000N/mm2，SMS允許δH=150 N/mm2、我們?nèi)ˇ?sub>F≤120N/mm2，設(shè)計(jì)中我們以安全系數(shù)SF、SH大于1.25為前提，確保失效概率低于1/1000，高速級(jí)甚至低于1/10000。
4.先進(jìn)可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是發(fā)揮齒輪傳動(dòng)性能的保障。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們?nèi)圆捎肧MS的數(shù)據(jù)，機(jī)體的壁厚、軸承座的強(qiáng)度剛度按輸出轉(zhuǎn)矩確定，因?yàn)槲覀儗?shí)際選用的承載能力低于按SMS計(jì)算出的承載能力，所以相對(duì)強(qiáng)度剛度不低于SMS。SMS在結(jié)構(gòu)可能時(shí)采用軸承偏心套調(diào)整齒面接觸率，我們?cè)诙啻未笮头菢?biāo)設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用證明這是一項(xiàng)行之有效的高速措施，我廠已出廠的在制的甘蔗壓榨機(jī)減速器均采用了偏心套結(jié)構(gòu)。齒輪和軸承一律采用專用齒輪油，循環(huán)供油強(qiáng)制潤(rùn)滑，油量、油牌號(hào)和噴油嘴均按SMS的設(shè)計(jì)。
需要特別說(shuō)明的是：均載機(jī)構(gòu)是中心傳動(dòng)減速器至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。中心傳動(dòng)減速器在實(shí)際使用中如果沒有采取有效的均載措施，則會(huì)造成大齒輪兩邊的小齒輪無(wú)法同時(shí)帶動(dòng)大齒輪，先接觸到的齒輪承受200%的載荷，造成嚴(yán)重的偏載，導(dǎo)致嚴(yán)重的齒面損傷甚至斷齒。我們參考了德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的多種均載方案，采用了兩流負(fù)荷均載的辦法，利用人字齒輪浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，精確計(jì)算浮動(dòng)工力和靈活性，采用無(wú)鍵聯(lián)結(jié)，促使兩流工作同步。下面我在圖上給大家作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
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綜上所述，JY系列中心傳動(dòng)硬齒面減速器是甘蔗壓榨機(jī)理想的傳動(dòng)裝置，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和制造上均采取了諸多的先進(jìn)措施，確保減速器能在榨糖機(jī)獨(dú)特的工況下持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
JY系列中心傳動(dòng)榨糖機(jī)減速器有九種規(guī)格（最小2×650、最大2×1400），傳動(dòng)速比有十種（最小31.5，最大125），產(chǎn)品已形成系列化。而我廠又有生產(chǎn)坦克齒輪箱配備了精良的設(shè)備，擁有一批經(jīng)驗(yàn)豐富的優(yōu)秀人才，因此，本系列減速器從設(shè)計(jì)制造技術(shù)是成熟的。多年以來(lái)，我們開發(fā)多種類型的大型重載、高精度齒輪減速器，全部使用良好，至今未見損壞、失效。如為涿神公司生產(chǎn)鑄鋁軋機(jī)主傳動(dòng)裝置（輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)2×50t·m），為上鋼五廠鋼管拉拔機(jī)配套的大型減速器（工作轉(zhuǎn)矩達(dá)123 t·m），均在長(zhǎng)期滿負(fù)荷工作的情況下，使用了近10年，完好無(wú)損，仍在使用。
針對(duì)糖廠用戶的不同需求，我廠開發(fā)中心傳動(dòng)硬齒面減速器的同時(shí)，還致力于多出軸減速器等多種產(chǎn)品的研究開發(fā)，為用戶提供更全面的服務(wù)。
任何機(jī)械設(shè)備在連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，要想達(dá)到預(yù)期壽命（一般按每天工作8小時(shí)，工作10年），都需用戶精心的維護(hù)與監(jiān)管。例如：及時(shí)加油潤(rùn)滑、更換潤(rùn)滑油和易損件、排除小故障、嚴(yán)格遵守操作規(guī)程等。從圖上大家可以看出，對(duì)著各個(gè)齒輪副嚙合的位置我們都設(shè)置了觀察窗或視孔蓋，工作過(guò)程中很容易觀察到齒輪的嚙合情況。從結(jié)構(gòu)上看，安裝、拆卸、維修都較方便，也便于使用過(guò)程中的維護(hù)、保養(yǎng)。希望我們供需雙方密切合作，讓中心傳動(dòng)硬齒面減速器作為榨糖機(jī)傳動(dòng)家族新的成員，為我國(guó)榨糖工業(yè)的發(fā)展作出更多的貢獻(xiàn)。
為進(jìn)一步優(yōu)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、降低能耗，我廠正在研究開發(fā)新的一代產(chǎn)品組合式行星減速器。
巢湖市眾鑫機(jī)械設(shè)備有限公司技術(shù)部編寫
2012年12月12日
