圓錐破碎機(jī)錐齒輪副調(diào)整方法

梁志理，張雁，徐俠劍，王麒

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

大型液壓圓錐破碎機(jī)在礦山領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛[1]。破碎機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，保證其主要傳動(dòng)部件錐齒輪副的嚙合至關(guān)重要。為保證設(shè)計(jì)要求及安裝精度，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝難度，一般會(huì)在出廠前多次反復(fù)試裝、檢查，以達(dá)到齒輪副嚙合要求[2-3]。廠內(nèi)試裝雖然保證了破碎機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝的質(zhì)量，但增加了企業(yè)的生產(chǎn)周期及成本。賈維量等人[4]基于壓鉛法對(duì)錐齒輪側(cè)隙調(diào)整及裝配展開(kāi)研究，研究表明，根據(jù)錐齒輪軸向調(diào)節(jié)量與法向側(cè)隙的近似關(guān)系，計(jì)算出調(diào)整墊圈的厚度，保證高錐齒輪的裝配精度，并提高其傳動(dòng)效率。鄭鳴皋[5]通過(guò)將圓錐破碎機(jī)大錐齒輪中心線與偏心套中心線偏離A/2 (A為偏心軸套與機(jī)架襯套之間的間隙大小)，得出當(dāng)齒輪副正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于存在A/2偏移量，大錐齒輪中心線即為機(jī)架中心線，從而保證大錐齒輪頂點(diǎn)與小錐齒輪頂點(diǎn)重合，達(dá)到正常的齒輪嚙合關(guān)系。唐日福等人[6]通過(guò)測(cè)量錐齒輪裝配時(shí)的尺寸鏈和計(jì)算修配環(huán)的方法，提出利用組裝修配法對(duì)錐齒輪的嚙合間隙進(jìn)行調(diào)整。

雖然大量研究者提出了不同方法保證錐齒輪齒輪副在裝配過(guò)程中的齒側(cè)間隙，但是，受不同工作條件及安裝精度的提高，齒輪副嚙合的齒側(cè)間隙要求更加精準(zhǔn)。筆者通過(guò)對(duì)中信重工所生產(chǎn)的大型液壓圓錐破碎機(jī)廠內(nèi)試裝的實(shí)踐及探索，提出大型破碎機(jī)錐齒輪齒輪副一次裝配到位的方法，實(shí)現(xiàn)了大型液壓圓錐破碎機(jī)不在廠內(nèi)進(jìn)行總裝，從而降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)周期。

1 影響因素及研究方法

1.1 錐齒輪裝配結(jié)構(gòu)及影響因素

液壓圓錐破碎機(jī)的傳動(dòng)方式是通過(guò)大、小錐齒輪之間的嚙合傳遞力和轉(zhuǎn)矩。因此，保證大、小錐齒輪之間在工作時(shí)齒面接觸良好及齒輪副嚙合準(zhǔn)確是破碎機(jī)平穩(wěn)安全運(yùn)行的關(guān)鍵[7]。

液壓圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。通過(guò)對(duì)傳動(dòng)部結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，造成破碎機(jī)大、小齒輪副多次試裝的主要影響因素有 2 點(diǎn)：一是加工制造的尺寸誤差在裝配時(shí)疊加，累積誤差對(duì)大、小齒輪副實(shí)際嚙合位置的影響[8]；二是實(shí)際齒側(cè)間隙的調(diào)整[9]對(duì)小齒輪安裝位置的影響。因此，控制及調(diào)整加工制造的尺寸誤差疊加和實(shí)際齒側(cè)間隙是保證大、小錐齒輪安裝準(zhǔn)確的重要因素。

圖1 液壓圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of hydraulic cone crusher

1.2 原理及方法

為了解破碎機(jī)加工制造尺寸誤差對(duì)大、小錐齒輪嚙合位置的影響，筆者對(duì)圓錐破碎機(jī)各相關(guān)零部件裝配數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析。通過(guò)測(cè)量相關(guān)零部件的實(shí)際加工尺寸，并對(duì)比理論尺寸，計(jì)算出大、小錐齒輪相關(guān)位置尺寸，如表 1 所列，得到大、小錐齒輪由于加工制造累積的尺寸誤差，從而確定在裝配過(guò)程中需要控制的實(shí)測(cè)誤差。

表1 大、小錐齒輪相關(guān)位置Tab.1 Relative position of large and small bevel gear

此外，實(shí)際齒側(cè)間隙的調(diào)整對(duì)小錐齒輪安裝位置的影響，需要考慮圖紙要求、制造配制對(duì)研以及設(shè)計(jì)安裝要求，并且保證齒輪接觸區(qū)域偏向小錐齒輪小端。因此，根據(jù)側(cè)隙的變化量，需要增加小錐齒輪安裝軸向移動(dòng)量

式中：Δ jn為齒輪的側(cè)隙變動(dòng)量，mm；N為系數(shù)；α為小錐齒輪壓力角，(°)；θ2為小錐齒輪節(jié)錐角，(°)。

綜上所述，該方法通過(guò)計(jì)算得到在裝配過(guò)程中需要控制實(shí)測(cè)誤差和小錐齒輪安裝軸向移動(dòng)量，并在安裝過(guò)程中調(diào)整大、小錐齒輪嚙合的齒側(cè)間隙，使齒側(cè)間隙滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)錐齒輪副一次裝配到位的目的。

2 測(cè)量結(jié)果及分析

2.1 加工對(duì)齒輪副嚙合的影響

限于工業(yè)制造水平及加工精度，大、小錐齒輪及相關(guān)件在實(shí)際生產(chǎn)制造中存在加工誤差，加工誤差累積會(huì)對(duì)安裝過(guò)程中齒輪副實(shí)際嚙合位置產(chǎn)生影響。因此，在安裝前需要測(cè)量能夠影響齒輪副嚙合的相關(guān)尺寸，得到由于加工累積造成的實(shí)測(cè)誤差，進(jìn)行加墊調(diào)裝。

大、小錐齒輪嚙合關(guān)系如圖 2 所示。分析破碎機(jī)傳動(dòng)部位結(jié)構(gòu)，對(duì)能夠影響大、小錐齒輪齒輪副嚙合的相關(guān)尺寸進(jìn)行安裝前測(cè)量。分別測(cè)量出大、小錐齒輪嚙合交角中心至齒輪安裝端面尺寸L1、L2；按照破碎機(jī)大錐齒輪裝配關(guān)系，測(cè)出止推軸承尺寸B，破碎機(jī)下機(jī)架主軸中心孔止推軸承安裝端面至副軸孔中心實(shí)測(cè)尺寸D，大齒輪安裝座安裝厚度實(shí)測(cè)尺寸C。大錐齒輪安裝后，實(shí)際嚙合中心與理論嚙合中心的偏差尺寸

圖2 大、小錐齒輪嚙合關(guān)系Fig.2 Meshing relationship of large and small bevel gear

傳動(dòng)部裝配關(guān)系如圖 3 所示。測(cè)量出破碎機(jī)下機(jī)架副軸孔傳動(dòng)殼體安裝端面至主軸孔中心實(shí)測(cè)尺寸E，并在傳動(dòng)部部件組裝完成，各項(xiàng)檢驗(yàn)均合格后，間接測(cè)量出左端內(nèi)擋環(huán)左端面至傳動(dòng)殼體大法蘭左端的確切尺寸F。安裝時(shí)將小錐齒輪熱裝至傳動(dòng)部傳動(dòng)軸，靠緊左端內(nèi)擋環(huán)左端面。小錐齒輪安裝后，實(shí)際嚙合中心與理論嚙合中心的偏差

圖3 傳動(dòng)部裝配關(guān)系Fig.3 Assembly relationship of transmission unit

若考慮大齒輪嚙合中心偏上 (或偏下) 時(shí)，理論需要加墊厚度

式中：θ1為大錐齒輪節(jié)錐角，(°)。

由于大、小錐齒輪是變位加工 (大齒輪負(fù)變位，小齒輪正變位)，大齒輪的實(shí)際安裝位置在尺寸鏈中的累積變化量與變位系數(shù)相比，差距過(guò)大。因此，在實(shí)際安裝過(guò)程中，可以不考慮大齒輪嚙合中心偏差值對(duì)安裝的影響。對(duì)破碎機(jī)系列產(chǎn)品跟蹤測(cè)量后，得到破碎機(jī)加工累積誤差，如表 2 所列。

表2 破碎機(jī)加工累積尺寸誤差及理論加墊厚度Tab.2 Accumulative machining error of crusher and theoretical gasket thickness mm

2.2 裝配對(duì)齒輪副嚙合的影響

除加工誤差累積造成的影響外，大、小錐齒輪實(shí)際安裝過(guò)程，受裝配誤差影響，齒輪副嚙合位置也會(huì)發(fā)生變化。

在大、小錐齒輪安裝到破碎機(jī)下機(jī)架后，傳動(dòng)殼體擋把處于水平，先按理論加墊厚度值進(jìn)行加墊，固定大齒輪，然后測(cè)量并檢查記錄大、小齒輪之間的齒側(cè)間隙，齒側(cè)間隙應(yīng)在嚙合的最緊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

對(duì)比此時(shí)實(shí)測(cè)齒側(cè)間隙與設(shè)計(jì)要求理想值，確定齒輪的側(cè)隙變動(dòng)量

此時(shí)，將傳動(dòng)殼體稍微頂出，將加墊厚度值更換為H+Δt，重新把緊傳動(dòng)殼體；并固定大齒輪，然后用壓表法重新測(cè)量、檢查并記錄大、小齒輪的齒側(cè)間隙，側(cè)隙值應(yīng)在嚙合的最緊點(diǎn)測(cè)量。則最終可得傳動(dòng)部安裝時(shí)實(shí)際加墊厚度

當(dāng)不考慮大齒輪嚙合中心偏差值對(duì)安裝的影響時(shí)，可得實(shí)際加墊厚度

在裝配時(shí)，按最接近于實(shí)際加墊厚度T進(jìn)行圓整加墊。加墊完成后，調(diào)裝傳動(dòng)部組件至下機(jī)架副軸孔中就位。通過(guò)以上方法，跟蹤測(cè)量破碎機(jī)的實(shí)際加墊厚度，如表 3 所列。

表3 傳動(dòng)部實(shí)際加墊厚度Tab.3 Actual gasket thickness of transmission unit mm

2.3 齒側(cè)間隙對(duì)齒輪副嚙合的影響及調(diào)整

大、小錐齒輪實(shí)際嚙合的齒側(cè)間隙無(wú)法直接測(cè)量，需要通過(guò)間接測(cè)量破碎機(jī)聯(lián)軸連桿的移動(dòng)，并使用百分表檢測(cè)連桿移動(dòng)的距離來(lái)計(jì)算，實(shí)際嚙合的齒側(cè)間隙

式中：jt為節(jié)圓上側(cè)隙值，mm；m為百分表監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置距小齒輪中心線距離，mm；φ為小齒輪節(jié)圓直徑，mm。

由于傳動(dòng)殼體偏心安裝，故可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)殼體，調(diào)整齒輪的側(cè)隙。要使側(cè)隙值滿足設(shè)計(jì)要求，需要通過(guò)調(diào)整傳動(dòng)殼體檔把來(lái)完成。松開(kāi)傳動(dòng)殼體與下機(jī)架之間的聯(lián)接螺栓，按順時(shí)針調(diào)整檔把，側(cè)隙增大；逆時(shí)針調(diào)整檔把，側(cè)隙減小。調(diào)整后把合聯(lián)接螺栓，再次測(cè)量側(cè)隙，直至側(cè)隙滿足設(shè)計(jì)要求。小齒輪實(shí)際接觸效果如圖 4 所示。

圖4 小齒輪實(shí)際接觸效果Fig.4 Actual contact effects of small bevel gear

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)圓錐破碎機(jī)錐齒輪副調(diào)整方法的研究，推出了傳動(dòng)部安裝時(shí)的實(shí)際加墊厚度公式。在大型圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用中，基本實(shí)現(xiàn)了破碎機(jī)錐齒輪副一次裝配到位，齒輪嚙合側(cè)間隙、接觸位置、接觸率均滿足設(shè)計(jì)要求，減少了裝配工作量，提高了生產(chǎn)效率。該研究方法為大型旋回破碎機(jī)錐齒輪副的調(diào)整提供了一定的理論支持。