密煉機(jī)齒輪箱上水平基準(zhǔn)塊實(shí)際意義的分析

張曉超，夏志民

(南京寧嘉機(jī)電有限公司，江蘇 南京 211153)

1 背景概述

密煉機(jī)配套齒輪箱是橡膠密煉設(shè)備中的一個(gè)重要設(shè)備，用于連接密煉機(jī)主機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在傳遞動(dòng)力的同時(shí)，起到減速增扭的作用。該設(shè)備的安裝狀態(tài)，對(duì)整套設(shè)備的工作狀況有很大的影響。但是在密煉機(jī)配套齒輪箱的實(shí)際安裝中，很多廠家對(duì)齒輪箱的安裝水平度要求過(guò)于苛刻，并且曲解了其中的意思，導(dǎo)致了齒輪箱很難安裝到要求的水平狀態(tài)。并且由于安裝過(guò)程中為了保證水平度，安裝人員通過(guò)不斷調(diào)整齒輪箱底部墊板和地腳緊固螺栓的方法進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致最終安裝完成后，齒輪箱反而處于不健康的工作狀態(tài)。

針對(duì)此情況，本文對(duì)齒輪箱安裝時(shí)的水平度調(diào)整情況進(jìn)行了分析，并給出更為合理的調(diào)整方法。

2 水平度的定義及測(cè)量

齒輪箱水平基準(zhǔn)塊一般位于齒輪箱下箱體上方分型面上，由于齒輪箱的中分面平面度限制，齒輪箱水平基準(zhǔn)塊的調(diào)整精度也會(huì)有限制。以規(guī)格為400 L的密煉機(jī)齒輪箱為例，其箱體總長(zhǎng)約為3.5 m，箱體中分面的平面度取6級(jí)精度（GB/T 1184），此時(shí)的平面度值為0.06 mm。因此，當(dāng)箱體加工完全合格，同時(shí)齒輪箱不出現(xiàn)任何變形的情況下，水平度也有可能僅為0.06 mm/m?？紤]到箱體安裝受力等其他因素，此齒輪箱的許用水平度偏差應(yīng)當(dāng)高于0.06 mm/m。

齒輪箱在客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，普遍存在一個(gè)誤區(qū)，即框式水平儀的讀數(shù)方法。以一個(gè)長(zhǎng)度為200 mm，精度為0.02 mm/m的框式水平儀為例，大部分的廠家會(huì)這樣認(rèn)為：將校準(zhǔn)好的框式水平儀安放在水平基準(zhǔn)塊上后，反復(fù)調(diào)換水平儀方向，最終讀取框式水平儀讀數(shù)為0.04 mm/m，則認(rèn)為該水平基準(zhǔn)塊的水平度為0.04 mm/m。其實(shí)則不然，如圖1所示。

圖1 水平儀放在水平基準(zhǔn)塊上的讀數(shù)示例

這種測(cè)量方法所得到的數(shù)值，是將200 mm的水平度偏差放大到1 m之后的結(jié)果，實(shí)際該水平塊的水平度偏差應(yīng)當(dāng)為：

因此，在此種情況下，當(dāng)水平度要求為0.06 mm/m時(shí)，允許的框式水平儀的最大讀數(shù)應(yīng)當(dāng)是：

而什么時(shí)候從框式水平儀測(cè)量讀出的數(shù)值就是真實(shí)的數(shù)值呢？這就需要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的完全平直的長(zhǎng)度為1 m的測(cè)量桿，將測(cè)量桿的兩端分別放在齒輪箱的兩個(gè)水平基準(zhǔn)塊上，然后將框式水平儀直接放在測(cè)量桿上測(cè)量，此時(shí)水平儀的讀數(shù)才是實(shí)際的水平度，如圖2所示。

圖2 水平儀放在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量桿上的讀數(shù)示例

3 密煉機(jī)主機(jī)和主電機(jī)對(duì)齒輪箱水平度的要求

目前有很多客戶(hù)會(huì)通過(guò)校正齒輪箱的水平度，然后校正齒輪箱和主機(jī)之間的同軸度，最終保證密煉機(jī)主機(jī)的水平度。這種方案是不合適的，其原因在于：密煉機(jī)主機(jī)和齒輪箱之間的同軸度要求，換算到水平度的要求上，會(huì)寬松很多，因此該同軸度要求只適合于調(diào)整聯(lián)軸器的工作狀態(tài)，而對(duì)于密煉機(jī)主機(jī)的水平度，應(yīng)當(dāng)通過(guò)校正密煉機(jī)本身的水平度來(lái)保證。

同樣以規(guī)格為400L的密煉機(jī)齒輪箱為例：齒輪箱輸出軸同密煉機(jī)主機(jī)軸之間的同軸度會(huì)影響到水平度的部分為在垂直于水平面并穿過(guò)軸線(xiàn)的方向上的角度偏差，如圖3所示。

圖3 齒輪箱輸出軸同主機(jī)軸軸線(xiàn)偏移后情況分析

我們以在此方向上半徑為200 mm處的跳動(dòng)值為衡量標(biāo)準(zhǔn)，該值即使我們?nèi)≥^為苛刻的0.08 mm，此時(shí)軸線(xiàn)偏移角度為β，按圖示將其對(duì)應(yīng)到水平方向上，并放大到1m的距離，跳動(dòng)值就已經(jīng)變?yōu)榱耍?/p>

這相對(duì)于齒輪箱水平度0.06 mm/m的要求已經(jīng)偏差太多，因此，用齒輪箱的水平度來(lái)校正密煉機(jī)主機(jī)的水平度是不合適的。

基于以上相同的原因，用齒輪箱的水平度來(lái)校正主電機(jī)的水平度同樣是不合適的。

4 齒輪箱本身對(duì)水平度的要求

對(duì)于齒輪箱本身，對(duì)于水平度的要求是很低的，主要原因在于齒輪箱本身并沒(méi)有對(duì)重力很敏感的零部件，其次，些許的水平度偏差造成的齒輪箱零部件重力方向的變化量，相對(duì)于零部件本身的重量是很小的，相對(duì)于齒輪箱在負(fù)載工作時(shí)所傳遞的力來(lái)說(shuō)更是微乎其微。所以齒輪箱本身對(duì)于水平度的要求是可以忽略的。以400L密煉機(jī)齒輪箱輸入軸為例，如圖4所示。

圖4 400 L密煉機(jī)齒輪箱輸入軸軸線(xiàn)偏移后受力分析

其軸系質(zhì)量m大約為420 kg，重力N為:

式中g(shù)為重力加速度，取g=9.8 N/kg

當(dāng)其軸線(xiàn)與水平面傾斜角度α=1°（1°的水平度偏差已經(jīng)很大了，相當(dāng)于水平度為1 000×tan1°=17.455 mm/m）時(shí)，力的分布如圖四所示,可見(jiàn)其產(chǎn)生的沿軸線(xiàn)方向的傾斜力：

而此輸入齒輪軸工作時(shí)所承受的力F，可通過(guò)如下方式計(jì)算：

已知400L密煉機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n=1000 r/min，功率為P=2 500 kW，齒輪位置分度圓直徑約為D=295，則可知其所傳遞的扭矩T為：

同時(shí)，該扭矩還可換算為該軸系承受的切向力F與齒輪分度圓直徑D之間的關(guān)系：

由上式可得出該軸系承受的切向力：

由此可見(jiàn)，輸入齒輪軸傾斜1°所產(chǎn)生的沿軸線(xiàn)方向的傾斜力Fa，相對(duì)于該軸系工作時(shí)承受的切向力F來(lái)說(shuō)是很小的，可以忽略不計(jì)。因此，齒輪箱本身對(duì)于水平度的要求是很低的。

另外，有很多實(shí)例可以證明這一論斷，比如多復(fù)合的單螺桿擠出機(jī)齒輪箱，其中有的便是在傾斜大約30°的位置上工作；還有密煉機(jī)下方的擠出機(jī)齒輪箱，也有很多是在傾斜15°的狀態(tài)下工作。

5 強(qiáng)行調(diào)整齒輪箱水平度對(duì)齒輪箱的影響

由第一條可以看出，目前現(xiàn)場(chǎng)所常用的齒輪箱水平度檢測(cè)方法及安裝水平度要求是基本不可能達(dá)到的，因此安裝人員會(huì)通過(guò)不斷調(diào)整齒輪箱底部墊板和地腳緊固螺栓的方法進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整方法是通過(guò)扭曲齒輪箱的箱體，來(lái)達(dá)到齒輪箱安裝水平度的要求，這將導(dǎo)致最終安裝完成后，齒輪箱處于不健康的工作狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過(guò)齒輪箱內(nèi)部齒輪的嚙合面積很直觀的反映出來(lái)，我們?cè)櫫艘慌_(tái)齒輪箱，齒輪箱在我公司裝配完成后，其中兩級(jí)齒輪副的齒面嚙合情況如圖5所示。

圖5 裝配后的齒面嚙合情況

隨后該齒輪箱發(fā)往客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整機(jī)組裝，并且現(xiàn)場(chǎng)的安裝人員為達(dá)到第1條所提到的水平度，對(duì)齒輪箱底部墊板和地腳緊固螺栓進(jìn)行調(diào)整，最后勉強(qiáng)達(dá)到了0.06mm/m（其實(shí)此時(shí)真正反映的是測(cè)量點(diǎn)的水平度為0.015 mm/200 mm，并且箱體已經(jīng)出現(xiàn)了很大的形變，該水平度已經(jīng)失去了實(shí)際意義）。

調(diào)整完成后，我們對(duì)內(nèi)部齒輪的嚙合情況進(jìn)行了再次檢測(cè)，最終檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。

圖6 調(diào)整水平度后的齒面嚙合情況

由圖6可以看出，強(qiáng)行調(diào)整水平度，對(duì)齒輪箱內(nèi)部齒輪嚙合面積的影響是很大的，尤其是第二級(jí)齒輪副的嚙合面積已經(jīng)只剩下齒輪一側(cè)的一部分，這說(shuō)明箱體的軸線(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生了很大的變形，該齒輪箱已經(jīng)被調(diào)整到了一個(gè)非常不健康的狀態(tài)。

鑒于此種狀態(tài)，我們要求將齒輪箱的地腳螺栓全部釋放開(kāi)，使齒輪箱處于自由狀態(tài)，并放置一天后，再次進(jìn)行內(nèi)部齒輪的嚙合情況檢查，自由狀態(tài)下的齒輪箱嚙合面積檢查結(jié)果如圖7所示。

圖7 釋放地腳螺栓后齒面嚙合情況

可見(jiàn)，完全釋放地腳螺栓并放置一段時(shí)間后，齒輪箱內(nèi)部齒輪的嚙合面積又重新回到了初始裝配完成后的情況。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)，均說(shuō)明在安裝時(shí)對(duì)齒輪箱強(qiáng)行調(diào)整水平度是沒(méi)有必要，甚至是需要嚴(yán)格禁止的。齒輪箱安裝水平度的調(diào)整，應(yīng)當(dāng)在盡可能不改變齒輪箱本身自由狀態(tài)前提下，兼顧滿(mǎn)足減速機(jī)輸入軸同驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間聯(lián)軸器和輸出軸同密煉機(jī)主機(jī)之間聯(lián)軸器的同軸度要求，使齒輪箱位于基本水平的狀態(tài)。所謂的基本水平狀態(tài)，即是通過(guò)對(duì)齒輪箱各水平基準(zhǔn)塊和輸入、輸出軸水平度的檢測(cè)，齒輪箱不會(huì)出現(xiàn)明顯的一端高，另一端低的情況，而是應(yīng)該呈現(xiàn)為中間高兩端低，或者中間低、兩端高的情況。此時(shí)的水平度情況，才是齒輪箱的最佳工作狀態(tài)。