速比齒輪參數(shù)對(duì)于開(kāi)煉機(jī)調(diào)距范圍的影響

李長(zhǎng)路

（大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧　大連　116039）

速比齒輪參數(shù)對(duì)于開(kāi)煉機(jī)調(diào)距范圍的影響

李長(zhǎng)路

（大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧大連116039）

開(kāi)煉機(jī)是橡膠制品生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，輥筒的輥距需要調(diào)節(jié)，而輥距的調(diào)節(jié)范圍取決于速比齒輪的參數(shù)。經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算發(fā)現(xiàn)，減小速比齒輪的壓力角a、減小速比齒輪的齒數(shù)z1和增大速比齒輪的齒頂高系數(shù)h*a均能夠擴(kuò)大輥筒的調(diào)距范圍，因此可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)速比齒輪的參數(shù)來(lái)滿足某些開(kāi)煉機(jī)對(duì)于較大調(diào)距范圍的要求。

開(kāi)煉機(jī)；速比齒輪；重合度；輥距

開(kāi)煉機(jī)是橡膠制品生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種設(shè)備，開(kāi)煉機(jī)的工作原理如圖1所示。膠料在兩個(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)的滾筒上，依靠?jī)蓚€(gè)輥筒間不同的線速度，在摩擦力作用下被拉入輥縫，通過(guò)輥縫斷面的縮小，使膠料受到強(qiáng)烈的剪切與擠壓，同時(shí)在一定的溫度條件下使橡膠分子鏈發(fā)生氧化斷裂，增加可塑性，從而達(dá)到煉膠的目的。為了便于設(shè)計(jì)和制造，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的開(kāi)煉機(jī)前后輥筒的直徑均相同，通過(guò)前后輥筒轉(zhuǎn)速的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)輥筒線速度的不同，其中典型的設(shè)計(jì)方案是在前后輥筒上分別安裝速比齒輪，前輥筒通過(guò)速比齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)上使兩個(gè)速比齒輪的齒數(shù)不同，從而使前后輥筒轉(zhuǎn)速不同，輥筒的結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于漸開(kāi)線齒輪具有中心距可分性，當(dāng)兩個(gè)齒輪的中心距相對(duì)于理論中心距發(fā)生變化時(shí)，其傳動(dòng)比仍保持不變，所以速比齒輪的齒廓曲線大多選用漸開(kāi)線。根據(jù)煉膠工藝的要求，兩個(gè)輥筒之間的輥距需要調(diào)節(jié)，當(dāng)兩個(gè)輥筒之間的輥距增大時(shí)，兩個(gè)速比齒輪之間的中心距亦增大，從而導(dǎo)致速比齒輪的重合度減小。根據(jù)漸開(kāi)線齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件，齒輪副的重合度ε必須大于1，因此輥距不能無(wú)限擴(kuò)大，只能在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由于齒輪副的重合度ε與齒輪的參數(shù)有關(guān)，因此，對(duì)于一些要求有較大調(diào)距范圍的開(kāi)煉機(jī)必須合理地設(shè)計(jì)速比齒輪的參數(shù)，從而在保證速比齒輪傳動(dòng)性能的前提下擴(kuò)大輥距的調(diào)節(jié)范圍。

圖1　開(kāi)煉機(jī)工作原理

1　齒輪副連續(xù)傳動(dòng)的最大中心距與齒輪參數(shù)之間的關(guān)系

一對(duì)外嚙合直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的示意圖如圖3所示，主動(dòng)輪1推動(dòng)從動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)， B2點(diǎn)為輪2的齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)，它是嚙合起點(diǎn)； B1點(diǎn)為輪1的齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)，它是嚙合終點(diǎn)，實(shí)際嚙合線段的長(zhǎng)度為。工作時(shí)要求齒輪能夠連續(xù)傳動(dòng)，即要求前一對(duì)輪齒在嚙合終點(diǎn)B1以前嚙合時(shí)，后一對(duì)輪齒已到達(dá)嚙合起點(diǎn)B2嚙合。因此，保證齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件是：≥B2K，式中線段B2K為相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的法向距離，即法向齒距。根據(jù)漸開(kāi)線的性質(zhì)可知，法向齒距B2K等于基圓上的齒距Pb，故上式可改寫(xiě)成≥Pb。實(shí)際嚙合線段的長(zhǎng)度與基圓上的齒距Pb之比稱為重合度（也稱為重疊系數(shù)），以ε表示。

圖2　安裝速比齒輪的輥筒結(jié)構(gòu)

圖3　外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)示意圖

則齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件可表示為：

式中：m—齒輪的模數(shù)；

a—齒輪的分度圓壓力角。

根據(jù)圖3中的幾何關(guān)系，可得：

式中：z1，z2—兩個(gè)速比齒輪的齒數(shù)，其中 ；z2=i×z1；i—大、小速比齒輪的傳動(dòng)比；

aa1，aa2—小、大速比齒輪的齒頂壓力角；a′ —齒輪副的實(shí)際嚙合角。

當(dāng)齒輪副的安裝中心距等于其理論中心距時(shí)，齒輪副的嚙合角等于分度圓壓力角，否則嚙合角不等于分度圓壓力角，實(shí)際嚙合角a′按式（3）計(jì)算：

將上式帶人式（1）中，可得：

a′的最大值即為齒輪副連續(xù)傳動(dòng)的最大中心距amax。其中，小齒輪的齒頂壓力角aa1和大齒輪的齒頂壓力角aa2分別由式（6）和式（7）計(jì)算：

式中： a—齒輪副的理論中心距；a′—齒輪副的實(shí)際中心距。

將式（3）代入式（2），經(jīng)整理后得到：

式中：a —齒輪分度圓壓力角；h*

a—齒頂高系數(shù)。

綜合式（4）、式（5）和式（6）可見(jiàn)，齒輪副連續(xù)傳動(dòng)的最大中心距amax與齒輪副的理論中心距a、壓力角a、傳動(dòng)比i，小齒輪齒數(shù)z1和齒頂高系數(shù)h*a這幾個(gè)參數(shù)有關(guān)。然而對(duì)于某種型號(hào)的開(kāi)煉機(jī)而言，速比齒輪的理論中心距a和傳動(dòng)比i都是設(shè)定好的，不允許改變，要擴(kuò)大輥筒的調(diào)距范圍只能從壓力角a、小齒輪齒數(shù)z1和齒頂高系數(shù)h*a這三個(gè)參數(shù)入手。利用Excel軟件編制計(jì)算程序，程序界面如圖4所示，每次僅改變一個(gè)參數(shù)，其它兩個(gè)參數(shù)不變，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，減小壓力角a、減小齒數(shù)z1和增大齒頂高系數(shù)h*a均能夠增大最大中心距amax，反之，則減小最大中心amax距 。

圖4　計(jì)算最大中心距 的程序

2　計(jì)算實(shí)例

以Ф450開(kāi)煉機(jī)上應(yīng)用的一對(duì)速比齒輪為例，已知輥筒中心距A=450，輥筒速比i=1:1.27，原設(shè)計(jì)參數(shù)：z1=22，z2=28，模數(shù)m=18，壓力角a=20。，齒頂高系數(shù)h*a=1.0，按照重合度ε≥1的要求，將齒輪參數(shù)代入上述計(jì)算程序中，經(jīng)計(jì)算得出最大中心距amax=462.077mm，即輥筒的最大調(diào)距范圍0～12.077 mm。

下面利用該計(jì)算程序分別計(jì)算改變壓力角 、小齒輪齒數(shù) 和齒頂高系數(shù) 對(duì)于最大中心距 的影響。

（1）其他參數(shù)不變，僅改變齒輪的壓力角 ：將壓力角a分別取a=18。、a=20。、a=25。代入計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，可見(jiàn)減小壓力角a可以增大最大中心距aamx，反之將減小最大中心距aamx。

表1　改變壓力角a對(duì)最大中心距amax的影響

表2　改變齒數(shù)z1對(duì)最大中心距amax的影響

表3　改變齒頂高系數(shù)h*a對(duì)最大中心距amax的影響

（2）其他參數(shù)不變，僅改變小齒輪齒數(shù) ：將小齒輪齒數(shù)z1分別取z1=18。、z1=22。、z1=25。代入計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，可見(jiàn)減少小齒輪數(shù)z1可以增大最大中心距amax，反之將減小最大最大中心距amax。這里需要說(shuō)明的是，當(dāng)輥筒的中心距和速比一定時(shí)，速比齒輪的模數(shù)與齒數(shù)存在下述對(duì)應(yīng)關(guān)系：

可見(jiàn)，減小小齒輪的齒數(shù)意味著增大齒輪的模數(shù)，因此增加速比齒輪的模數(shù)可以增大最大中心距amax。

（3）其他參數(shù)不變，僅改變齒頂高系數(shù) ：將齒頂高系數(shù)h*a分別取h*a=0.8、h*a=1.0，h*a=1.2代入計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，可見(jiàn)增加齒頂高系數(shù)h*a可以增大最大中心距amax，反之將減小最大中心距amax。而且，在上述三個(gè)參數(shù)中，齒頂高系數(shù)h*a對(duì)于最大中心距amax的影響最大。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，重新設(shè)計(jì)速比齒輪的參數(shù)：z1=18，z1=23，模數(shù)m=22，壓力角a=25。，齒頂高系數(shù)h*a=1.2，代入計(jì)算程序，經(jīng)計(jì)算得出最大中心距amax=470.729，即輥筒的最大調(diào)距范圍0～20.729?？梢?jiàn)，按照新設(shè)計(jì)的參數(shù)，輥筒的調(diào)距范圍可增加8.652mm。

3　結(jié)論

當(dāng)速比齒輪的中心距和傳動(dòng)比一定時(shí)，減小壓力角a、減小齒數(shù)Z1（即增大模數(shù)）和增大齒頂高系數(shù)h*

a均能夠擴(kuò)大輥筒的調(diào)距范圍，因此可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)速比齒輪的參數(shù)來(lái)滿足某些開(kāi)煉機(jī)對(duì)于較大調(diào)距范圍的要求。同時(shí)，不可忽視在上述3個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)上也存在相應(yīng)的限制條件：①小齒輪齒數(shù)z1的選擇應(yīng)滿足傳動(dòng)比要求和不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)限制；②齒頂高系數(shù) h*a不能過(guò)大，過(guò)大的齒頂高系數(shù)會(huì)增大齒頂?shù)幕瑒?dòng)速度，從而增加齒輪的磨損；同時(shí)過(guò)大的齒頂高系數(shù)會(huì)使輪齒的齒頂變尖，從而導(dǎo)致齒頂厚度Sa無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求（一般要求齒頂厚度Sa≥0.4 m）；③減少壓力角a會(huì)降低齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，因此應(yīng)慎重考慮通過(guò)改變壓力角a來(lái)增大輥筒調(diào)距范圍的可行性。

［1］ 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版），第3卷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］ 楊順根，白仲元主編.橡膠工業(yè)手冊(cè)（修訂版），第九分冊(cè)，橡膠機(jī)械（上冊(cè)）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992.

［3］ 朱孝錄主編.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［4］劉立鑫，張瑞厚等.開(kāi)煉機(jī)速比齒輪改為高變位齒輪的設(shè)想［J］.橡膠技術(shù)與裝備，1995，第21卷.

［5］馬永林主編.機(jī)械原理［M］.北京：高等教育出版社，1992.

［6］ 唐國(guó)俊，李健鑌主編.橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)（上冊(cè)）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.

（R-03）

Infl uence of ratio gear parameters on the range of adjustment of the open mill

Infl uence of ratio gear parameters on the range of adjustment of the open mill

Li Changlu
（Dalian Rubber & Plastics Machinery Co., LTD., Dalian 116039, Liaoning, China）

Open mill is a device widely used in the rubber production. According to the requirements of the production process, the roller pitch needs to be adjusted, and the adjustment range of the roll spacing depends on the parameters of the speed ratio gear. Through analysis and calculation, reducing the pressure angle, reducing the tooth numberand increasing the addendum coeffi cient of the speed ratio gear can expand the roller pitch range. Therefore, it is reasonable to design the parameters of the speed ratio gear to meet the requirements of the wide roller pitch range of open mills.

open mill; speed ratio gear; coincidence degree; roller pitch

TQ330.43

1009-797X（2016）20-0014-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.005

李長(zhǎng)路（1981-），男，工程師，主要從事機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)工作。

2016-09-07