淺談立式磨機(jī)減速機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

張尊建

南京高精齒輪集團(tuán)有限公司 江蘇 南京 210012

1、立式磨機(jī)的設(shè)計(jì)

立式磨機(jī)減速機(jī)主要由齒輪系統(tǒng)，箱體，軸承，平面推力軸承，潤滑和監(jiān)控系統(tǒng)組成，這里重點(diǎn)介紹齒輪系統(tǒng)和軸承設(shè)計(jì)。

1.1 齒輪系統(tǒng)

立式磨機(jī)減速機(jī)的齒輪系統(tǒng)，一般含輸入錐齒輪副，平行級(jí)齒輪副以及行星級(jí)齒輪副，這三種結(jié)構(gòu)的組合滿足不同功率，速比的需求。這些齒輪副的一般采用高強(qiáng)度合金滲碳鋼，材料為18CrNiMo7-6或20CrNi2Mo，磨削精度為5～6。

輸入級(jí)齒輪副一般是采用克林根堡制錐齒輪，齒輪滲碳淬火。安全系數(shù)一般取k=2，強(qiáng)度計(jì)算程序根據(jù)KN3030/DIN3991，滿足（SH）2≥1.6，SF，≥1.6?；蛘吒鶕?jù)AGMA2003-C10計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，KISSsoft計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，滿足AGMA≥2.5.錐齒輪由于其特殊性，這一級(jí)的速比不要超過5，設(shè)計(jì)參數(shù)盡量滿足K3030程序的要求，以便在加工過程中防止刀具干涉，螺傘吃色調(diào)整困難。

平行級(jí)齒輪副，齒輪滲碳淬火。安全系數(shù)一般取k=2，強(qiáng)度計(jì)算程序根據(jù)ISO6336，滿足（SH）2≥1.4，SF，≥1.6?；蛘吒鶕?jù)AGMA2101-D04計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，KISSsoft計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，滿足AGMA≥2.5.目前國內(nèi)各個(gè)減速機(jī)設(shè)計(jì)廠家進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，尤其是對(duì)齒軸的齒形修型，保證了在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中齒的嚙合合理性。南高齒對(duì)齒的修型提出了齒向和螺旋線修型相結(jié)合的方法，效果顯著。

行星級(jí)齒輪副，其中太陽輪和行星輪采用齒輪滲碳淬火，內(nèi)齒圈材料為40CrNiMo，齒輪調(diào)質(zhì)處理，HB300～340，磨削精度為6～7. 安全系數(shù)一般取k=2， 強(qiáng)度計(jì)算程序根據(jù)ISO6336， 滿足（SH）2≥1.4，SF，≥1.6?；蛘吒鶕?jù)AGMA2101-D04計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，KISSsoft計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，滿足AGMA≥2.5。行星級(jí)齒輪副的設(shè)計(jì)重點(diǎn)也在修型方面。國內(nèi)減速機(jī)廠家使用的行星結(jié)構(gòu)都是NGW形式，南高齒對(duì)行星級(jí)齒輪副的修型，著重在行星輪的齒面進(jìn)行微鼓形量，齒向倒坡等措施，保證了使用效果。

中部連接齒輪副，內(nèi)齒套和鼓形齒軸采用高強(qiáng)度合金鋼，材料為42CrMo，內(nèi)齒套齒輪調(diào)質(zhì)處理，鼓形齒軸滲氮處理，磨削精度為6～7。鼓形齒強(qiáng)度計(jì)算按照齒輪手冊(cè)/機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)/現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)中的計(jì)算方法，但需要修正。使用系數(shù)KA=2.5，結(jié)果要求接觸應(yīng)力≤250MPa，剪切應(yīng)力≤250MPa。由于此處是動(dòng)靜相結(jié)合的位置，因此對(duì)結(jié)構(gòu)、潤滑的要求較高，是最容易損壞的地方，在國內(nèi)外的設(shè)計(jì)中都屬于難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了不同的結(jié)構(gòu)和潤滑方式來適應(yīng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前無統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式。

1.2 軸承設(shè)計(jì)

立磨減速機(jī)的軸承分為滾子軸承和平面推力軸承，常用的滾子軸承有調(diào)心軸承，圓錐軸承，球面推力軸承，圓柱軸承等。其中輸入高速軸的軸承配置一般為雙列圓錐軸承+調(diào)心軸承，平行級(jí)齒輪副軸承配置為雙列圓錐軸承+調(diào)心軸承/圓柱軸承，中部連接齒輪副軸承配置為調(diào)心軸承+調(diào)心軸承，行星級(jí)齒輪副軸承配置為調(diào)心軸承。

平面推力軸承可分為可傾斜式和平面式，可傾斜式無需高壓就能滿足空載試車要求，多用于動(dòng)壓潤滑要求的中小型減速機(jī)。平面式推力軸承必須需要高壓的頂起才能試車，此結(jié)構(gòu)常在國外減速機(jī)使用，國內(nèi)部分廠家也使用此結(jié)構(gòu)，一般用于靜壓潤滑需求的中大型減速機(jī)。

滾子軸承一般需滿足理論計(jì)算壽命不應(yīng)小于80000h，計(jì)算程序?yàn)镵ISSsoft。滾子軸承設(shè)計(jì)時(shí)需滿足減速機(jī)內(nèi)部各個(gè)部位的特殊需求，例如高速軸，調(diào)心軸承一般靠近螺傘齒輪副，因此此軸承要求比較大的游隙，一般選C3規(guī)格，行星級(jí)齒輪副軸承位于行星輪內(nèi)部，由于行星輪是浮動(dòng)的，因此要求軸承也要有比較大的游隙，一般選C3規(guī)格。

平面推力軸承按無限壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)。平面推力軸承設(shè)計(jì)需考慮油進(jìn)入的倒坡，寬徑比在合理的范圍內(nèi)，防止熱油無法順利流出，瓦面的比壓需在合理的范圍內(nèi)，一般來說，動(dòng)壓潤滑最小載荷不超過2，最高載荷不超過6，靜壓潤滑最小載荷不超過3，最高載荷不超過9.

2、立磨機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展

2.1 立磨機(jī)的應(yīng)用

和傳統(tǒng)的球磨機(jī)相比，立磨有體積小，系統(tǒng)簡單，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是新型干法水泥生產(chǎn)線的研發(fā)成功，立磨的發(fā)展進(jìn)入了新的臺(tái)階。立磨的應(yīng)用場景越來越廣，不只在建材行業(yè)，在磨煤，礦渣，高嶺土，粉煤灰，選礦等行業(yè)也有了很大的發(fā)展，且應(yīng)用的行業(yè)現(xiàn)在越來越多。

2.2 立磨機(jī)的發(fā)展

隨著國家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)厲，小型、低效率的水泥企業(yè)逐漸淘汰，集中度越來越高，大型、超大型水泥生產(chǎn)線成為新建項(xiàng)目的主流，國內(nèi)眾多齒輪箱制造廠家都開始研發(fā)制造大型立磨齒輪箱，額定功率越來越大，南高齒已發(fā)展出8000KW的平臺(tái)。同時(shí)由于設(shè)計(jì)、材料以及計(jì)算分析能力的提升，國內(nèi)的立磨減速機(jī)在同等外形的情況下，功率越來越高，同時(shí)減速機(jī)的重量已經(jīng)下降到與國外減速機(jī)同一的水準(zhǔn)。以后立磨減速機(jī)的發(fā)展方向一是小型化，減速機(jī)外形越小，功率越高，且成本越低，另一是大型化，減速機(jī)功率越來越大，將會(huì)突破10000KW，同時(shí)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大的變化，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式相比會(huì)有一個(gè)量的提升。

3、結(jié)束語

20世紀(jì)時(shí)立式磨機(jī)由歐美企業(yè)在中國市場壟斷。RENK，F(xiàn)LENDER，MAAG，SEISA等設(shè)備價(jià)格高，交貨期長，影響了水泥行業(yè)的發(fā)展。為滿足市場需求，國內(nèi)眾多廠家研制大功率立磨減速機(jī)，為水泥行業(yè)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化，淘汰落后產(chǎn)能，提高節(jié)能減排和自主創(chuàng)新做出了貢獻(xiàn)。