升降系統(tǒng)齒輪箱調心技術方案

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(武漢船用機械有限責任公司，武漢 430084)

升降系統(tǒng)齒輪箱調心技術方案

趙世璉,朱正都,田崇興

(武漢船用機械有限責任公司，武漢 430084)

針對升降系統(tǒng)齒輪箱爬升齒輪和樁腿齒條中心距偏差會影響齒輪齒條嚙合側隙的問題，設計一種可調心的齒輪箱。通過將齒輪箱前后軸承套設置為偏心套結構，實現(xiàn)齒輪箱調心，使齒輪齒條嚙合側隙滿足實際使用要求，并實際應用于電動齒輪齒條升降系統(tǒng)項目。

升降系統(tǒng)；齒輪箱；調心；中心距

升降系統(tǒng)作為自升式平臺中的關鍵部分，其性能的優(yōu)劣直接影響平臺的安全性能、使用性能及經(jīng)濟性[1-3]。齒輪齒條式升降系統(tǒng)升降速度快，提升能力大，效率高，被廣泛應用于自升式平臺及輔助平臺。齒輪齒條式升降裝置由電機或液壓馬達經(jīng)減速機構驅動爬升齒輪轉動，與樁腿上的齒條嚙合, 實現(xiàn)升降樁腿和升降平臺的功能[4-6]。

由于齒輪齒條加工時齒厚公差、齒距公差和齒側隙的影響及安裝架焊接變形影響齒輪箱中心距，導致升降裝置爬升齒輪和樁腿齒條中心距偏差，影響齒輪齒條實際嚙合狀態(tài)。爬升齒輪和齒條存在嚙合間隙過小造成卡死或者重合度減小的情況，嚴重影響齒輪箱的安裝和整個平臺的安全。為此，在對影響齒輪齒條嚙合中心距的各因素進行分析的基礎上，確定齒輪箱調心技術方案，使升降系統(tǒng)齒輪齒條嚙合滿足實際使用要求。

1 調心的必要性

1.1 影響齒輪齒條嚙合中心距因素

影響齒輪齒條嚙合狀態(tài)的關鍵因素公差定制原則如下[7-10]。

1)齒條拱高。根據(jù)制造經(jīng)驗，每8 m長度齒條的拱高控制在3 mm內。

2)齒條的齒厚公差。根據(jù)齒條切割及修磨經(jīng)驗，齒厚公差控制在(-2.0，-0.5) mm。

3)齒條齒距公差。根據(jù)齒條切割、修磨經(jīng)驗，齒距公差控制在±0.5 mm。

4)爬升小齒輪的齒厚公差。本項目爬升小齒齒輪的齒厚公差根據(jù)以往工程經(jīng)驗以及國外設計資料，與齒輪箱配套廠家交流，小齒輪的齒厚公差可以控制在(-2.2，-2.0) mm。

5)齒輪齒條嚙合最小側間隙。出于安全考慮，根據(jù)以往產品經(jīng)驗，定為0.5 mm。

1.2 中心距公差計算

1)齒條拱高。拱高方向與中心距方向一致，因此拱高對中心距的影響：D拱=3 mm。

2)齒條的齒厚公差D齒條齒厚=0.866。

圖1 齒條齒厚公差示意

3)齒條齒距公差D齒距公差=0.433 mm。

4)齒輪齒厚公差D齒輪齒厚=1.732 mm。

5)側隙對中心距的影響D0

D最小側隙=0.5×1=0.5 mm

式中：0.5(mm)是側隙；1是側隙在中心距方向的換算系數(shù)，系數(shù)來源于圖2。

圖2 齒條齒距公差示意

綜上，在最惡劣情況下，中心距可能出現(xiàn)的最大誤差為

Dmax=D拱-D齒條齒厚+D齒條齒距-

D齒輪齒厚+D最小側隙=

3-0.866+0.433-1.732+0.5=1.335 mm

齒輪齒條嚙合可能出現(xiàn)的中心距偏差Dmax為1.335 mm，有必要通過齒輪箱調心來保證實際的安裝距。

2 調心方法

2.1 調心距離和步長的確定

從以上分析可以看出，中心距調整量2 mm，可以滿足最惡劣情況下的要求。

根據(jù)計算及分析結果，將齒輪箱的調心量定為±2 mm，滿足實際工作時齒輪齒條良好嚙合。

齒輪箱法蘭采用四邊形方案(見圖3)，調心步長確定為2 mm，即安裝法蘭每旋轉90°，中心距調節(jié)距離分別為0、-2、0、2 mm。

圖3 齒輪箱法蘭示意

2.2 調心方案

升降系統(tǒng)齒輪箱前軸承套與安裝架前軸承座配合，后軸承套與安裝架后軸承座配合，齒輪箱法蘭板通過螺栓聯(lián)接在安裝架上，爬升齒輪與樁腿上齒條嚙合。見圖4。

圖4 齒輪箱調心示意

A位置3處分別為各級行星太陽輪齒圈，B位置三處分別為齒輪箱法蘭板、前軸承套外圓和后軸承套外圓。

A位置3處與爬升齒輪軸同心，B位置3處同心，A位置3處與B位置3處偏心2 mm。齒輪箱法蘭板標記孔直徑5 mm，深5 mm，安裝時該孔遠離齒條時代表中心距調節(jié)+2 mm。

齒輪箱前軸承套和后軸承套均為偏心結構，其內孔和外孔偏心距離為調心距離2 mm，通過偏心軸承座(直徑760 mm外圓)。裝配時，旋轉偏心軸承套，使外圓標記與偏心軸承座端面標記對齊(見圖5)后，方能安裝至安裝架內孔。齒輪箱后箱體法蘭板側邊有標記直徑5 mm、深5 mm，直徑5 mm孔靠近齒條安裝時，中心距+2 mm，代表中心距調節(jié)+2 mm；使標記位置旋轉180°，實現(xiàn)中心距-2 mm；在標記位置旋轉90°，實現(xiàn)理論中心距安裝，從而實現(xiàn)齒輪箱安裝中心距+2、0、-2 mm調節(jié)。無論怎么調節(jié)，后箱體法蘭均可與安裝架順利安裝。

圖5 齒輪箱安裝中心距(+2 mm)調節(jié)標記位置

3 調心齒輪箱安裝流程

1)檢查齒輪箱法蘭調心標記(遠離齒條安裝時代表安裝距離調節(jié)+2 mm，靠近齒條側安裝時代表安裝距離調節(jié)-2 mm，上、下方均代表安裝距離調節(jié)為0)。

2)測量樁腿齒條弦管中心線至齒輪箱安裝孔中心距離，每弦單邊取平均值。若比理論值偏大1.5～2 mm及以上，則調心-2 mm；若比理論值偏小(-2，0) mm，則調心+2 mm，其余可不調心。

3)測量距離時，每個安裝孔上下各有一個洋蔥孔，每次側量取平均值，見圖6，L1代表上洋蔥孔至通過中間兩個安裝孔中心鉛垂直之間的距離，L2代表下洋蔥孔至上述鉛垂線之間的距離，距離為兩者平均值。

圖6 安裝架中心孔距離測量示意

4)拆卸軸承端蓋，將拉拔工裝裝入齒輪箱爬升齒輪，見圖7。

圖7 拉拔工裝示意

5)引導拉拔桿穿過支撐板，將拉拔螺母安裝到拉拔桿上，依靠手拉葫蘆支撐齒輪箱自重，擰緊拉拔螺母，將齒輪箱緩慢導入安裝架安裝孔，見圖8。

圖8 齒輪箱安裝示意圖

6)將齒輪箱完全導入安裝孔，后鎖緊安裝螺栓，將齒輪箱牢牢安裝在安裝架上。

4 齒輪齒條嚙合側隙測量

齒輪齒條正常嚙合時側隙需要滿足最小側隙和最大側隙要求，具體要求如下。

1)側隙設計最小值要求為[10]

式中:ai為齒輪齒條嚙合中心距，ai=615 mm；mn為模數(shù)，mn=72。

計算得出側隙最小值jb min=2.53 mm。

2)最大側隙值為齒輪齒條嚙合重合度大于等于1時的極限值，通過畫圖法，可計算出最大側隙值jb max=11.52 mm。

待齒輪箱安裝完畢后，通過測量齒輪齒條嚙合側隙，檢驗齒輪齒條嚙合狀態(tài)。本項目實測側隙值均在3～8 mm之間，符合最小測隙不小于2.53 mm和最大側隙不大于11.52 mm的要求，因此通過齒輪箱調心，齒輪齒條嚙合滿足實際使用要求。

5 結論

1)通過齒輪箱調心，使齒輪齒條嚙合側隙均控制在3～8 mm之間，滿足最小測隙和最大側隙要求，齒輪齒條嚙合滿足實際使用要求。

2)根據(jù)齒數(shù)和模數(shù)已定的升降系統(tǒng)項目確定了齒輪箱調心技術方案，針對制造公差的齒輪箱及齒條，確定中心距公差及調心步長；針對不同齒數(shù)和模數(shù)的齒輪箱及齒條，確定最大側隙和最小測隙，實際側隙值應能滿足最大側隙和最小測隙的要求。

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The Technical Scheme of Center Distance Adjusting for Jacking System Gearbox

ZHAOShi-lian,ZHUZheng-du,TIANChong-xing

(Wuhan Marine Machinery Plant Co. Ltd., Wuhan 430084, China)

Rack and pinion jacking system center distance error will influence meshing backlash of rack and pinion. To solve the problem, a type of gearbox was designed which can adjust center distance. The result showed that through set the front and rear bearing of gearbox eccentric to achieve adjusting center distance. Rack and pinion mesh backlash can meet the operating requirement through gearbox center distance adjusting technology. This gearbox center distance adjusting technology had been applied in the electric rack and pinion jacking system.

jacking system; gearbox; center distance adjusting; center distance

U664.4

A

1671-7953(2017)06-0178-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.040

2017-02-28

2017-05-13

工業(yè)和信息化部項目(工信部聯(lián)裝[2014]508號)

趙世璉(1985—)，男，碩士，工程師

研究方向：自升式平臺升降系統(tǒng)技術