旋回破碎機主傳動弧齒錐齒輪的設計與加工

袁志高

（湖南南方宇航高精傳動有限公司，湖南株洲412002）

0 引言

旋回破碎機是利用破碎錐在殼體內錐腔中的旋回運動，對物料產(chǎn)生擠壓、劈裂和彎曲作用，進而粗碎各種硬度的礦石或巖石的大型破碎機械[1-5]，如圖1所示。裝有破碎錐的主軸，其上端支承在橫梁中部的襯套內，其下端則置于偏心軸套的偏心孔中。主傳動弧齒錐齒輪副的大輪安裝在偏心軸套上，因此當弧齒錐齒輪副的小輪驅動大輪并帶動軸套轉動時，破碎錐繞機器中心線作偏心旋回運動，其破碎動作是連續(xù)進行的，故工作效率高于顎式破碎機。

由于破碎錐繞機器中心線作偏心旋回運動，因此在旋回破碎機工作過程中，與偏心軸套固連的弧齒錐齒輪副的大輪，其軸線同樣繞機器中心線作偏心回轉運動，這就造成了齒輪副的大、小輪在工作過程中，其相對位置時刻發(fā)生變化。為了保證弧齒錐齒輪副的正常工作，需保證其在不同工作位置時都要有合理的側隙，避免齒面的卡死。此外，還應保證在不同工作位置時，齒面嚙合接觸區(qū)都位于齒面內，不能產(chǎn)生邊緣接觸，避免輪齒的受載折斷。

圖1 旋回破碎機結構圖

1 弧齒錐齒輪副基本參數(shù)及側隙的確定

以某礦山設備制造企業(yè)生產(chǎn)的旋回破碎機為例，其主傳動弧齒錐齒輪副的基本參數(shù)為：小輪齒數(shù)16，大輪齒數(shù)49，大端端面模數(shù)17 mm，軸交角90°，壓力角20°，中點螺旋角30°，大輪齒面寬125 mm，小輪旋向左旋，齒輪副傳遞功率220 kW，小輪輸入轉速490 r/min。工作過程中，大輪軸線繞機器中心線做偏心回轉運動，其偏心量為0.65 mm。

對于該弧齒錐齒輪副，根據(jù)錐齒輪設計標準，其大端最小法向側隙值為0.69 mm。由于齒輪副的大輪在工作過程中做偏心回轉運動，因此，齒輪副大、小輪之間的相對位置不斷產(chǎn)生變化。而相對位置的變化也會造成側隙的變化。為了保證齒輪副在不同位置嚙合時都具有合適的側隙，將齒輪副的工作位置分為圖2所示的8種情況，圖2中0所在的位置表示大輪軸線位于理論安裝位置，而數(shù)字1~8所代表的位置分別表示大輪實際軸線繞機器中心線偏心回轉時所處的不同位置。

圖2 齒輪副工作位置的8種情況

當大輪的實際軸線處于圖2中1~8所代表的8個不同位置時，則齒輪副大、小輪之間的位置相對于理論安裝位置產(chǎn)生了偏差。用V、H表示相對位置的偏差量，如圖3所示，圖中H表示小輪沿其軸線相對于大輪的位置偏差量，遠離大輪軸線為正值；V表示小輪沿與其軸線相垂直的方向相對于大輪的位置偏差量。

圖3 位置偏差的示意圖

根據(jù)圖2中所確定的8個位置以及圖3所定義的位置偏差量，利用錐齒輪設計分析專用軟件KIMoS[6]，通 過 反 復試算并考慮一定安全裕量的情況下，將齒輪副在理論安裝位置的側隙值設定為1.05 mm，則可以計算得到8個位置所對應的V、H值以及側隙值，如表1所示。

表1 8個位置的位置偏差及側隙值

從表1中可知，當大輪的軸線運動到8個不同的位置時，齒輪副的側隙值都大于0.69 mm，因此，滿足齒輪副正常工作的側隙要求。

2 齒輪加工機床調整參數(shù)的確定

對于傳統(tǒng)的弧齒錐齒輪副，在確定齒輪加工機床調整參數(shù)時，只要保證齒輪副在理論安裝位置有合適的接觸區(qū)即可。但是對于旋回破碎機的弧齒錐齒輪副，由于工作過程中大、小輪之間的相對位置時刻發(fā)生變化，因此，確定齒輪加工機床調整參數(shù)時，就需要保證齒輪副在不同位置嚙合時，其接觸區(qū)都應位于齒面內，而不應位于齒面邊緣或溢出齒面。

圖4 8個位置的齒面嚙合接觸區(qū)

表2 大輪的切齒/磨齒加工機床調整參數(shù)

對于旋回破碎機的弧齒錐齒輪副，為了確定合理的切齒加工機床調整參數(shù)，充分利用了KIMoS軟件的齒面修形功能以及齒面接觸分析和齒面加載接觸分析功能[6]。通過修改齒面的一階和二階修形參數(shù)，可以修改小輪齒面的修形量，包括壓力角修形量、螺旋角修形量、齒長曲率修形量、齒高曲率修形量、短程撓率修形量，進而通過齒面接觸分析功能模塊和齒面加載接觸分析功能模塊，觀察齒輪副在不同工作位置時的嚙合接觸區(qū)的大小、方向、位置。當不同工作位置的接觸區(qū)滿足設計要求時，即可輸出相對應的切齒加工機床調整參數(shù)。

圖5 8個位置的齒面加載嚙合接觸區(qū)

表3 小輪的切齒/磨齒加工機床調整參數(shù)

圖6 齒輪副接觸區(qū)的檢驗

圖4是經(jīng)過多次修正調整后得到的、在不同工作位置時的小輪凹面與大輪凸面的齒面嚙合接觸區(qū)。圖5是齒輪副滿載時在不同工作位置的、小輪凹面與大輪凸面的齒面加載嚙合接觸區(qū)。從圖4和圖5中可知，無論是輕載還是滿載，齒面的嚙合接觸區(qū)都位于齒面內，不存在邊緣接觸的情況。表2和表3分別是軟件計算得到的、切齒/磨齒加工大、小輪的機床調整參數(shù)。

3 齒輪切齒加工

基于以上的軟件設計計算結果，在國產(chǎn)H2000C型數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機上進行了大、小輪的實際切齒加工，在國產(chǎn)H2000G型數(shù)控螺旋錐齒輪磨齒機上進行了大、小輪的熱后磨齒精加工，并在H2000T數(shù)控螺旋錐齒輪檢驗機上進行了接觸區(qū)檢驗，如圖6所示，齒輪副的實際接觸區(qū)與軟件分析結果基本一致，滿足旋回破碎機生產(chǎn)廠家的要求，目前所加工的齒輪副已投入實際應用。

4 結 論

1）針對旋回破碎機主傳動弧齒錐齒輪副的工作特性，將其工作位置分為8種情況，并計算了8個位置的位置偏差。

2）根據(jù)工作位置的8種情況，確定了齒輪副的大端法向側隙以及齒輪加工的機床調整參數(shù)。

3）基于軟件設計計算結果所加工的齒輪副滿足旋回破碎機生產(chǎn)廠家的要求且已投入實際應用。