一種驅動造紙機烘缸的組合齒輪箱

王樹甲 王 蔚 王德海

（南京寧嘉機電有限公司，江蘇 南京 211153）

0 引言

造紙機烘干部作為造紙機的主要干燥設備，一般由8只～24只烘缸組成。烘缸齒輪箱作為驅動烘缸的關鍵傳動設備，將動力減速增扭或改變傳遞方向后，驅動烘缸轉動。目前造紙機烘干部一般由5臺齒輪箱組成且單臺烘缸齒輪箱需要帶動2個～8個烘缸等速轉動，因此需要根據每個烘缸體的位置和轉向要求設置減速齒輪副和過渡齒輪副，不僅整機結構復雜，占用空間大、傳動效率低，而且難以滿足大型化、高可靠性的市場趨勢。此外，由于箱體結構復雜，一般多采用飛濺潤滑或外置強制潤滑油道導致烘缸齒輪箱外部潤滑油道過多，不僅存在漏油隱患，而且影響整機的外觀。

針對目前國內驅動造紙機烘缸齒輪箱的大型化、緊湊型產品短缺和現有齒輪箱結構復雜、傳動效率低的不足，設計出了一種新型驅動造紙機烘缸的組合齒輪箱。該新型驅動造紙機烘缸的組合齒輪箱主要特點在于：

①將烘缸齒輪箱拆分為N臺模塊化齒輪箱，各自帶動單個烘缸體轉動，并通過萬向節(jié)聯軸器將各齒輪箱連接起來。動力經烘缸齒輪箱分流和減速增扭后驅動烘缸體等速轉動。

②將模塊化烘缸齒輪箱拆分為角箱模塊、連接法蘭和減速機模塊，通過依序拼裝實現9種不同的裝配形式（如圖1所示）。

③連接法蘭兩端面為連接盤均設有定位止口和8個均布連接孔，通過連接孔的不同組合實現角箱模塊與減速箱模塊角度限制。

④角箱模塊傳動軸與減速箱模塊傳動軸通過花鍵聯接（如圖2所示），不僅結構緊湊，縮短安裝距離，而且省去了彈性聯軸器，安裝更簡單。

⑤雖然烘缸齒輪箱整機較小，但是創(chuàng)造性采用內置強制潤滑油道，不僅整機外形更簡潔美觀，而且降低泄露風險。

1 設計思路

造紙機烘干部一般由電機、烘缸齒輪箱、烘缸體等組成，電機輸出的動力經烘缸齒輪箱減速增扭或改變傳遞方向后，用于驅動上下烘干輥轉動。針對目前國內驅動造紙機烘缸的齒輪箱大型化、緊湊型產品短缺和傳統(tǒng)齒輪箱結構復雜、傳動效率低的不足，設計開發(fā)了新型驅動烘缸的組合齒輪箱。將傳統(tǒng)的烘缸齒輪箱根據每個烘缸體和動力源的位置需要拆分為9種模塊化齒輪箱，并通過萬向聯軸器連接為整體。各模塊化齒輪箱又被拆分標準化的角箱模塊、連接法蘭和減速機模塊，通過依次順序拼裝實現9種不同的裝配形式。由于各模塊化齒輪箱安裝位置多變及裝配形式多樣，整機通過輸出軸空心定位孔和鉸座來支撐和定位；由于模塊化齒輪箱內部傳動結構及外形尺寸的緊湊性，各模塊齒輪箱內部傳動軸通過花鍵聯接傳遞動力，殼體通過連接法蘭定位和緊固。設計時必須考慮安裝空間的可行性、裝配的可行性及可靠的使用強度。在確定齒輪箱主參數及總中心距后再逐一對齒輪強度、花鍵強度、整機外形進行具體設計。該模塊化烘缸齒輪箱的整體設計方案如圖2、圖3、圖4所示。

2 齒輪箱結構

附圖說明：

圖1是烘缸齒輪箱裝配形式示意圖。

圖2是烘缸齒輪箱主視圖（以E型裝配形式示例）。

圖3是圖2的A—A向剖視結構示意圖。

圖4是圖2的B—B向剖視結構示意圖。

圖5是連接法蘭結構示意圖。

圖6是減速機模塊過渡軸結構示意圖。

圖1 烘缸齒輪箱裝配形式示意圖

圖2～圖6：1—減速箱模塊；2—連接法蘭；3—角箱模塊；4—鉸座；5—減速齒輪副；6—輸出軸；7—過渡軸；8—減速錐齒輪副；9—輸入軸；10—錐齒輪副；11—角箱驅動軸；12—連接軸；13—內花鍵；14—連接孔；15—連接盤。

圖1中，每個格子內展示的是烘缸齒輪箱的一種裝配方式，同一格子內的上部圖為組合方式的主視圖，下部圖為對應的俯視圖；圖2中，烘缸齒輪箱被拆分角箱模塊3、連接法蘭2和減速機模塊1，通過依次順序拼裝實現9種不同的裝配形式。角箱模塊通過連接法蘭與減速機模塊組合時，角箱模塊3即可以位于減速機模塊1的左側，又可以位于減速機模塊1的右側，減速機模塊1既可以與一個角箱模塊3組合，又可以與兩個角箱模塊3組合，通過連接法蘭2兩側的連接孔對組合齒輪箱輸入軸9與輸出軸6的夾角予以限定。使用時，通過減速機模塊1上的輸出軸空心定位孔和鉸座4來固定。

圖3，圖4中，角箱模塊內部布置一對速比為1∶1的錐齒輪副10、輸入軸9和兩端伸出箱體的驅動軸11，輸入軸9和驅動軸11正交；減速箱模塊內部設置一對錐齒輪副8和一對平行齒輪副5，輸入軸與輸出軸空間交錯。

圖5中，展示了減速機模塊1的3種不同結構的過渡軸7。其中圖5（a）所示的驅動軸的一端設有與角箱模塊3中驅動軸11匹配的內花鍵，另一端為含有鍵槽的連接軸12；圖5（b）所示的驅動軸兩端均設有與角箱模塊21中驅動軸13匹配的內花鍵13；圖5（c）所示的驅動軸兩端為含有鍵槽的連接軸12。

圖2 烘缸齒輪箱外形圖（以E型示例）

圖3 A-A向剖視結構示意圖

3 布局分析及工作原理

烘缸齒輪箱由減速箱模塊1、連接法蘭2和角箱模塊3依次順序拼裝而成。在本文中，角箱模塊3箱體的外壁以及減速機模塊1的箱體外壁均設有與連接法蘭2上連接孔對應的連接螺栓，角箱模塊3中的驅動軸11與減速機模塊1中過渡軸7通過內外花鍵對接后，它們的箱體通過連接法蘭2固為一體。

圖4 B-B向剖視結構示意圖

圖5 過渡軸結構示意圖

圖6 聯接法蘭結構示意圖

減速機模塊的垂直斷面上設有上下排列相互平行的輸出軸6和減速齒輪軸，其水平斷面上設有與減速齒輪軸正交的過渡軸7和一對減速錐齒輪副8。過渡軸7兩端伸出箱體，可以根據齒輪箱裝配形式需要選擇不同結構形式（如圖5所示）；輸出軸6為兩端貫穿箱體的空心軸，其內壁設有鍵槽，輸出軸通過鍵槽中的鍵與烘缸對接；減速機模塊1的過渡軸兩端箱體外壁均設有與連接法蘭2上連接孔14對應的連接螺栓，它們均與過渡軸7的軸心等距且均勻分布。

角箱模塊21箱體中設有輸入軸9和兩端伸出箱體的驅動軸11，輸入軸9和驅動軸11正交，它們之間由一對錐齒輪10相互嚙合，錐齒輪付的傳動比為1∶1。驅動軸11一端通過鍵與聯軸器對接，另一端通過內外花鍵與減速機模塊1中過渡軸7對接。角箱驅動軸11兩端箱體的外壁上的連接螺栓與連接法蘭2上的連接孔14匹配。

連接法蘭2兩側的連接盤上15均設有均布的連接孔14。由于連接盤兩側空間狹小，所以兩側連接孔交錯布置以保證緊固螺栓的安裝空間。烘缸齒輪箱輸入軸9與輸出軸6的夾角是通過選擇兩連接盤上不同的連接孔分別與角箱模塊和減速箱模塊上的連接螺栓固接來限定的。

動力既可以通過角箱模塊的輸入軸傳遞給驅動軸，然后由驅動軸傳遞給減速機模塊和相鄰的角箱模塊，又可以從角箱模塊的驅動軸輸入，然后傳遞給減速機模塊或者通過輸入軸傳遞至相鄰的角箱模塊。最終，動力經過減速箱模塊減速增扭后達到需要的工作轉速和扭矩驅動烘缸等速轉動。

4 冷卻潤滑系統(tǒng)

造紙機烘干部一般需要8臺～24臺齒輪箱各自驅動烘缸轉動，同時由于烘缸體高溫超過70℃導致齒輪箱散熱困難，所以采用單臺稀油站集中供油強制噴油潤滑冷卻的方式。烘缸齒輪箱整機較小且裝配形式多樣，潤滑油道主要布置在箱體內部，不僅整機外形更簡潔美觀，而且降低泄露風險。在設計稀油站時，通過熱平衡計算選擇合適的冷卻裝置，通過計算潤滑點所有油量確定潤滑系統(tǒng)流量，同時配有溫度計、壓力表、流量開關等電信號監(jiān)控儀表。

結語

實踐證明，該烘缸齒輪箱不僅結構緊湊、節(jié)約空間、安裝簡單方便、傳動效率高，而且通用性強，實現了標準化、模塊化設計制造，大大提高了生產效率和降低用戶維護保養(yǎng)費用。該產品綜合性能已接近或達到國際先進水平，未來具有廣闊的發(fā)展前景。該產品已經批量應用于國內的造紙廠商，目前使用狀況良好。