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球磨机齿轮啮合间隙的合理选择及调整

2020-11-28
童仁平
(黑龙江乌拉嘎黄金矿业有限责任公司)
齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长及传动比较稳定等特点。齿轮传动工作的持久性和可靠性主要取决于其加工制造精度和装配、检修质量。制造精度和装配质量的好坏对动负荷的产生、传动时的声响及齿轮的寿命有很大影响,尤其是在球磨机的安装、检修过程中,其传动装置齿轮副啮合间隙的选择和调整更显重要。在现行的规范中,给出了球磨机安装时齿轮副齿侧间隙控制标准,对齿轮副的齿顶间隙没有提出要求,只给出了大齿圈径向跳动的上限标准。但大齿圈由于加工精度不高,加上铸造、加工残余应力引起的变形和安装误差,使球磨机大齿圈安装后一般较难达到设计或安装规范规定的径向跳动要求。所以球磨机在实际安装及调整过程中,因径向跳动的超差,只强调控制齿侧间隙是很难保证齿轮正常传动的,尤其是大齿圈使用寿命至少在12年以上,在此期间需多次更换小齿轮及调换大小齿轮的工作面。由于大小齿轮齿顶间隙的测量不受齿面磨损的影响,所以以齿顶间隙为控制值调整齿轮副的啮合间隙更有利于保证齿轮传动的正常进行。
1 大齿圈产生径向跳动的原因
由于加工、运输保管、安装等因素的影响,大齿圈会产生各种形式的变形,从而导致其径向圆跳动公差超差。
1.1 齿轮的径向误差产生的径向跳动
齿轮的径向误差是指滚齿或插齿时,由于齿坯的实际回转中心与基准孔 (轴) 轴心不重合,即出现几何偏心,使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的齿距累积误差。由图 1 可以看出:O 为切齿时回转中心,O′ 为基准孔的几何中心,当两者不重合时,即使所切齿圈上的各齿沿圆周分布绝对均匀 (即 P1=P2),但它只是分布在以 O 为中心的分度圆上,而在以 O′ 为中心的分度圆上其分布就不均匀了,即虚线圆上的 P1′ ≠ P2′。显然这种齿距的变化是由于几何偏心引起齿廓径向位移而造成的。
切齿时产生齿轮径向误差的主要原因是工件安装中心出现几何偏心。球磨机大齿圈加工时,一般是以外圆找正定心、端面定位来安装齿坯的,由于齿坯外圆本身径向跳动太大,或基准面与孔轴线不垂直引起几何偏心。
图 1 几何偏心引起径向偏差
r —滚齿时的分度圆半径;r′— 齿圈的分度圆半径
1.2 加工应力释放产生的径向跳动
大齿圈的切削加工过程是工件材料被切除的过程,刀具的刀刃在切削力的作用下挤入工件,工件就会由于外力作用而产生变形,此时在工件内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外力的作用,并力图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置,工件只有通过变形来达到新的应力平衡状态。
在热处理过程中,工件各部位组织转变不一致,热胀冷缩不同步,一般总会造成工件热处理后不同程度、不同形式的畸变。
因为对工件进行热加工或冷加工使金属内部宏观或微观组织发生不均匀的体积变化而产生的具有内应力的零件,其内部组织处于一种极不稳定的状态,有着强烈的恢复到无应力状态的倾向,因此不断地释放应力,直到其完全消失为止,在这一内应力消失过程中,零件的形状逐渐变化,原有的加工精度逐渐丧失。针对两半联接的大齿圈来说,加工应力的释放更易产生变形,从而导致径向跳动量的增加。
1.3 运输、存放及安装不当产生的径向跳动
在起吊运输过程中,如果装卸起吊方法不当,也能引起张口现象。如图 2 所示,如果起吊在半齿圈中间稍偏两侧部位,放置时,两接合面先着地而后翻倒放平,此时半齿圈接合面处直径变长而不能弹性恢复,时间一长即成为塑性变形,从而引起接合面张口,齿距变长,该段齿圈径向跳动超差。安装时如果放置方向不当,不注意法兰螺栓拧紧顺序,也容易引起齿圈变形。
图 2 半圈起吊示意
2 大齿圈安装的检测与调整
按照安装程序,大齿圈装配到筒体法兰后,首先要使两半齿圈接口处的间隙及齿距符合要求,然后还应检测大齿圈的径向跳动和端面跳动值。如果超差,则应通过适当调整,保证其达到安装的技术要求,为下一步的传动装置调整提供依据。
2.1 大齿圈的检测
大齿圈安装后需检测其径向跳动和端面跳动。径向跳动 Fr 是以齿轮轴线为基准,其值等于径向偏差的最大值和最小值的代数差。端面跳动是以齿轮轴线为基准,齿轮端面与轴心线的不垂直度。
大齿圈径向跳动和端面跳动的检测如图 3 所示,在大齿圈齿宽的中点处设置一块千分表 E,测微指针要垂直被测面,用来测量齿圈的径向跳动;在大齿圈的端面设置一块千分表 A,用来测量大齿圈的端面跳动;B、C 两块千分表分别设在中空轴轴肩处,并相隔 180°,用来测量球磨机本身的轴间串动量,以此来校正大齿圈端面跳动量 A 表的数据。
千分表设置完毕后调校各表的指针,使指针对准读数“0.00 mm”。将大齿圈均匀划分几点,作为检测点。行车盘转筒体,读取千分表在相应点的读数,并记录数据,最后回到零点,E 表的读数仍为“0.00 mm”,就检测出大齿圈各点的径向偏差值,最大偏差值与最小偏差值的差即为大齿圈的径向跳动量。
某一点 A 表的读数减去对应点 B 表的读数,即为该点的端面跳动偏差值,其最大偏差值与最小偏差值的差即为大齿圈的端面跳动量。
2.2 大齿圈的调整
根据规范要求:大齿圈的径向跳动,每米节圆直径不应大于 0.25 mm;大齿圈的端面跳动,每米节圆直径不应大于 0.35 mm。如果超差就需要进行调整。
为了消除过大的端面跳动,可通过在大齿圈和端盖的接触面之间加金属垫片进行调整,直至达到规范要求为止。
大齿圈内圆柱面与筒体法兰的圆柱面之间有一定间隙,见图 3 中的 a。在检测完大齿圈的径向跳动后,再按其对应点测量两个圆柱配合面之间的间隙值 a,并计算出间隙平均值。调节法兰连接螺栓,按计算出的间隙平均值调整各测量点的间隙,这样基本能消除安装误差导致的径向跳动偏差。紧固法兰螺栓后,再次检测齿圈的径向跳动偏差,如果径向跳动还超差,可继续调整。在消除安装误差的前提下,也尽量减少其他原因导致的径向偏差,使径向跳动量达到或接近规范要求。调整完毕后,应将大齿圈径向跳动偏差值最大和最小处作标记,并详细记录在设备档案中,以利于调整齿轮副的啮合间隙。
图 3 测量齿圈轴向和径向摆动示意
3 齿轮副啮合间隙的检测与调整
3.1 齿轮副啮合情况的检测
球磨机传动装置安装后,按照规范要求,其检验方法为压铅和着色检查。
3.1.1 压铅法检测齿轮的啮合间隙
采用直径约为 0.35~0.50 m (m 为齿轮模数) 的铅丝 (棒),其长度应大于 5个齿距。沿齿宽均匀放置至少 2 根铅丝 (棒),为防止其脱落,可用润滑脂将其粘在齿面上;然后使齿轮啮合滚压,压扁后的铅丝 (棒)就代表齿轮啮合的齿顶间隙和齿侧间隙,如图 4 所示,Cn 为齿顶间隙,a 与 b 为齿侧间隙。用外径千分尺测量被压扁的铅丝 (棒) 厚度,最厚段为齿轮啮合的顶间隙 Cn,与之相邻两段铅丝厚度之和 (a+b) 即为齿轮啮合的齿侧间隙 Jbn。
图 4 测量齿圈轴向和径向摆动
通过压铅法,还能检查出齿轮轴的平行度和扭斜度。
3.1.2 着色法检查齿轮副的接触面
齿轮啮合接触面积的大小和位置是表明齿轮制造和装配质量的一个重要标志。传动齿轮在运行过程中,要求相互作用的表面接触良好,紧密配合,承受的负荷均匀分布,发生的磨损沿其工作齿面高度和宽度一致。否则,必然会加大载荷的集中和齿面的过早磨损。
着色法检查齿轮副接触面积的操作方法:用红丹加少许机油调成涂色油,将其均匀地涂在小齿轮的啮合面上;用小齿轮驱动大齿圈,在大齿圈转动 3~4 转后,涂色油的色迹即显示在大齿圈的轮齿工作面上,根据色迹可以判定齿轮装配的正确性。圆柱齿轮正确啮合时,其啮合接触斑点,沿齿高不应小于 40%,沿齿长不应小于 50%,且应趋向于中部。
3.2 齿轮副啮合间隙的调整
3.2.1 新安装球磨机或更新大齿圈时间隙的调整
新安装球磨机或更新大齿圈时,因大齿圈及小齿轮均为标准齿轮,此时应以检测大、小齿轮啮合的齿侧间隙为主,齿顶间隙为辅的原则进行,齿轮啮合侧间隙应符合表 1 中的规定。
表 1 齿轮啮合侧间隙 mm
但检测点一定要选择在大齿圈径向偏差值最大处。只有保证大齿圈径向偏差值最大处的齿侧间隙在表 1 给出的范围内才能确保齿轮副的正常啮合和传动。调整后的间隙值要填写在设备档案中,作为后期维修时传动装置调整的依据。
3.2.2 更换小齿轮时啮合间隙的调整
球磨机小齿轮的使用寿命一般为 1.5~2 a,而大齿圈的使用寿命却在 12 a 以上,也就是说在大齿圈的使用周期内需多次更换小齿轮。在更换小齿轮时,因大齿圈齿厚的磨损,在齿面出现了一个“磨损”后的顶隙。由于这个顶隙是磨损出来的,具有磨合性质,新更换的小齿轮的径向最大偏差值只要稍大于更换前的小齿轮的最大径向偏差值,就会因顶牙现象而发生振动。此时因齿面已经磨损,因此检测齿轮啮合的侧间隙是没用的,只能根据设备挡案记录的齿顶间隙值,及新更换的小齿轮的径向偏差值的增加量,将齿顶间隙放大,方可保证传动装置的正常运行。通过压铅法检测齿顶间隙及用着色法检查齿轮啮合接触斑点,满足规范要求即可,不必检测齿侧间隙。
3.2.3 大齿圈翻背时啮合间隙的调整
因球磨机单向运转,为了延长大齿圈的使用寿命,保证传动系统运行平稳,当大齿圈齿厚磨损量达25% 时可翻面继续使用。大齿圈翻面安装、调整的工作程序应按安装新大齿圈的程序进行,需调整大齿圈的径向跳动和端面跳动,并将调整结果记入设备档案。在检测齿轮副的啮合间隙时,因大齿圈齿厚已严重磨损,齿侧间隙已毫无意义,此时只需采用压铅法检测齿顶间隙即可。齿顶间隙的调整依据为:在径向偏差值最大处,齿顶间隙 Cn = 0.25 m;在径向偏差值最小处,齿顶间隙 Cn = 0.25 m+Fr。
4 结语
大小齿轮的啮合情况对球磨机的运转状况有着重要影响,合理选择齿轮的啮合间隙并进行必要的调整是球磨机安装及维修工作中的重要环节,也是保证传动系统正常运行的必要条件。所以,在球磨机安装、维修过程中要针对不同情况采用不同的控制标准,来调整齿轮的啮合间隙,保证齿轮副的正确啮合。
在球磨机安装及大齿圈更新时,可按规范要求,以控制齿侧间隙为主,但要充分考虑大齿圈的径向跳动量,合理选择检测点;在维修阶段,只能将控制齿顶间隙作为唯一的调整依据,但齿顶间隙的控制值也需根据不同情况进行合理确定。
引文格式:
[1]童仁平.球磨机齿轮啮合间隙的合理选择及调整.[J].矿山机械,2014,42(2):122-125.
来源:《矿山机械》2014年02期

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