管磨機邊緣傳動齒輪振動原因分析與預(yù)防控制

陳昱良 陳占國/中材建設(shè)有限公司

管磨機邊緣傳動齒輪振動原因分析與預(yù)防控制

陳昱良 陳占國/中材建設(shè)有限公司

管磨機是選礦、發(fā)電、化工和硅酸鹽等重工業(yè)部門廣泛采用的粉磨機械,更是水泥工廠的主要機械設(shè)備之一。主要從設(shè)計、制造、安裝和使用等方面全面分析了管磨機邊緣傳動齒輪振動產(chǎn)生的原因，同時闡述了振動的預(yù)防控制階段和控制方法，得出了從多方面分析才能對管磨機邊緣傳動齒輪振動原因作出正確判斷的結(jié)論。

管磨機；邊緣傳動；齒輪；振動原因

文章通過分析管磨機齒輪副在設(shè)備運行中產(chǎn)生振動的原因，對齒輪副振動的危害進行了論述，并從多角度提出了針對齒輪副振動的優(yōu)化措施，以此保證管磨機運行的安全穩(wěn)定。

1.引發(fā)管磨機齒輪副振動的危害

管磨機運行過程中對傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求極高，若傳動齒輪出現(xiàn)振動，很容易致使管磨機運行失穩(wěn)，從而造成危害，引發(fā)事故。結(jié)合實際對齒輪副振動的危害進行總結(jié)主要包含以下幾種。

（1）引發(fā)沖擊。傳動齒輪振動最明顯的表現(xiàn)在嚙合齒面的滑動距離會有所增加，且載荷峰值也會相應(yīng)增大，因此會在嚙合齒面處發(fā)生滑動摩擦。（2）損壞軸承。管磨機傳動系統(tǒng)利用傳動齒輪進行動力傳輸，同樣傳動齒輪副發(fā)生振動后，振動也會通過齒輪傳遞給軸承、基座、電機等結(jié)構(gòu)，致使軸承座螺栓松脫，甚至損壞軸承座，嚴(yán)重時會導(dǎo)致軸承座發(fā)生疲勞斷裂。另外振動傳遞至電機會引發(fā)定子、轉(zhuǎn)子運行偏移，嚴(yán)重時會燒毀電機，令管磨機無法工作。（3）破壞嚙合面。合理的潤滑不但可以令管磨機工作效率提高，更能夠有效保護設(shè)備各個部件，但振動會令嚙合面潤滑油膜受到破壞。此時嚙合面摩擦必然增大，磨損必然增加，齒輪壽命因此降低。

2.管磨機邊緣傳動齒輪振動原因分析

2.1 設(shè)計因素

2.1.1 齒輪受力方向。

管磨機在設(shè)計時考慮到齒輪傳動中大齒輪的受力方向垂直向上，設(shè)備基礎(chǔ)不承受水平方向的分力[1]。如圖1所示，大小齒輪位置尺寸E和a與壓力角an的關(guān)系為cosan=E/a。

對于標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪傳動或不變位圓柱斜齒輪傳動，建立基于以上關(guān)系式基礎(chǔ)上的大小齒輪位置關(guān)系時，大小齒輪之間在水平方向不承受推力，因而不因水平分力過大而產(chǎn)生振動。

圖1 管磨機大小齒輪位置關(guān)系

2.1.2 相對滑動率。

齒輪磨損的重要原因是齒面相對滑動，將相互嚙合兩齒輪最大滑動率相等或相近作為齒輪變位系數(shù)取值的優(yōu)化目標(biāo)。適當(dāng)分配2個齒輪的變位系數(shù)，使它們的最大滑動率相當(dāng)或接近，既可降低齒面接觸應(yīng)力，又可提高齒輪的抗膠合和耐磨損能力，當(dāng)管磨機齒輪總變位系數(shù)分配合理、滑動率差很小時，更有利于延長齒輪壽命。

2.1.3 齒寬系數(shù)。

管磨機齒輪直徑一般在3.5m以上，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定齒輪精度為9-8-8級，很難達到更高的加工精度。齒寬系數(shù)越大，載荷沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象越嚴(yán)重，管磨機齒輪齒寬系數(shù)一般以不大于0.8為宜。

2.1.4 其他方面原因。

(1)大齒圈輪輻輪緣剛度對振動影響較大，甚至造成輪輻輪緣斷裂；

(2)哈夫面處變形造成齒距誤差大，產(chǎn)生沖擊力，由于緩沖功能不明顯，導(dǎo)致哈夫面外側(cè)的雙頭螺栓產(chǎn)生拉伸塑性變形和斷裂，產(chǎn)生振動；

(3)哈夫面聯(lián)接雙頭螺柱在退刀槽處斷裂產(chǎn)生振動；

(4)大小齒輪齒數(shù)不互質(zhì)造成輪齒不均勻磨損，引起振動；

(5)對于長徑比較大的管磨機筒體，軸線撓曲較大產(chǎn)生振動。

2.2 制造因素

2.2.1 大齒圈。

(1)由于加工殘余變形引起哈夫面處二次把合不嚴(yán)，造成齒距變大、徑向跳動大(見圖2)，安裝無法調(diào)整到位而產(chǎn)生振動。

(2)如圖2所示，非一次裝夾加工或裝夾跳動檢測疏忽造成外圓與加工基準(zhǔn)面B(安裝法蘭止口)不同軸，造成外圓跳動大，無法安裝調(diào)整到位而產(chǎn)生振動。

(3)以齒圈外圓、法蘭止口一次性裝夾加工的端面為基準(zhǔn)端面，基準(zhǔn)端面A應(yīng)為跳動檢測面，如圖2所示。當(dāng)滾齒裝夾時基準(zhǔn)端面A與非基準(zhǔn)端面混淆(即在非基準(zhǔn)端面上進行裝夾跳動檢測)，造成基準(zhǔn)端面跳動大，安裝無法調(diào)整到位而產(chǎn)生振動。

圖2 滾齒裝夾基準(zhǔn)面和跳動檢測

2.3 安裝因素

(1)側(cè)隙過小或過大。 側(cè)隙可以補償管磨機齒輪的制造和安裝誤差，適應(yīng)運轉(zhuǎn)中的徑向跳動偏差、熱膨脹和輪齒受力變形。側(cè)隙過小容易發(fā)生咬死等現(xiàn)象，導(dǎo)致潤滑不良使磨損加劇而造成振動；側(cè)隙過大容易發(fā)生斷齒事故。

(2)大小齒輪軸心線不平行 大小齒輪軸心線

(3)大齒圈的聯(lián)接螺栓(或螺柱)緊固不到位 哈夫面聯(lián)接緊固不到位，哈夫面不貼合，或齒圈法蘭聯(lián)接緊固不到位，造成聯(lián)接剛度不足而產(chǎn)生振動。

(4)大齒圈聯(lián)接螺栓(或螺柱)緊固螺母擰緊過度 預(yù)緊力控制不當(dāng)，擰緊力超過許用拉力時螺柱容易產(chǎn)生塑變、斷裂而產(chǎn)生振動。

(5)小齒輪軸聯(lián)軸器安裝質(zhì)量差 聯(lián)軸器安裝歪斜、不同軸，超出偏離補償范圍，引起齒輪振動，而且影響聯(lián)軸器使用壽命等。

2.4 工作環(huán)境因素

管磨機大多被應(yīng)用于水泥廠、礦山以及分料的研磨，因而工作環(huán)境相對較差，而管磨機傳動系統(tǒng)并非密封的，傳動齒輪很容易暴露在空氣下，而空氣中漂浮的粉塵以及礦漿很容易進入齒輪間隙，從而加大齒輪間的摩擦，這種摩擦屬于非常態(tài)摩擦，在這樣的狀態(tài)下傳動齒輪副便會出現(xiàn)振動。除此之外，干摩擦也會加速齒輪的磨損，干摩擦是由于齒輪副之間潤滑不當(dāng)導(dǎo)致的，這種不良摩擦也會導(dǎo)致齒輪振動。

3.控制措施

（1）嚴(yán)格保證齒輪加工質(zhì)量，控制齒形誤差和齒距誤差，對傳動齒輪副中基圓齒距較大或高速軸上的齒輪進行齒頂修緣，修緣量可參考《機械工程手冊》經(jīng)過實驗來確定。（2）嚴(yán)格按管磨機安裝和檢修標(biāo)準(zhǔn)進行安裝和檢修，保證各部件之間滿足安裝要求；加強日常點檢制度，按規(guī)定對各參數(shù)進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況，及時采取措施，進行整改，將故障隱患消除在萌芽狀態(tài)。（3）改進齒輪副的潤滑方式，保證充分供給潤滑油，形成良好的油膜，采用自動噴油潤滑，改進齒輪護罩，采用封閉式以減少進入齒輪副嚙合面的漂浮物和小顆粒數(shù)量，防止輪齒磨損過快引起振動。（4）在大齒圈上下齒輪罩接合面之間及觀察孔與罩體之間夾一層廢橡膠片以吸收振動，對聯(lián)軸器進行改進，采用彈性聯(lián)軸器以調(diào)整小齒輪軸和電機軸的同軸度誤差，減少振動。

4.結(jié)束語

傳動齒輪振動會對管磨機的使用壽命造成影響，尤其是傳動齒輪，不正常的振動會加速配件的磨損、毀壞；管磨機邊緣傳動齒輪，振動現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是多方面的，可分別出現(xiàn)在設(shè)計、制造、安裝或工作環(huán)境方面進行分析。因此實際生產(chǎn)中，操作人員應(yīng)當(dāng)熟練掌握操作技術(shù)，規(guī)范自身的操作，以此降低齒輪振動現(xiàn)象的發(fā)生率，對振動進行控制。另外，還應(yīng)當(dāng)從制造齒輪方面著手，提高制造精度，并確保齒輪的安裝符合安裝標(biāo)準(zhǔn)要求，并在安裝合理的基礎(chǔ)上采用合理的密封、潤滑方式。并落實日常維護、點檢，以此降低齒輪副出現(xiàn)振動的幾率，提高管磨機的穩(wěn)定性。

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[1]洪允征．管磨機邊緣傳動齒輪設(shè)計[J]．機械，2013，24(6)：33-35.

[2]閆存富，李建偉，劉軍.管磨機傳動裝置失效形式分析[J].煤礦機械，2010，31（12）：155-157.