大规格锥齿轮在破碎机中的应用

简介

大型锥齿轮被用来驱动在硬岩开采和采矿工业中用于加工矿石和矿物的破碎机。在这种类型的最常见的机器是旋转破碎机(图1)和圆锥破碎机(图2)。旋转破碎机通常是在矿山或采石场进行初始爆破后的第一步，最大的这样的机器能够吞咽72英寸(1.8米)和红色的岩石，用在拳头大小的产品上。圆锥破碎机通常在需要进一步缩小尺寸的二次和三级压碎应用中提供服务。在每一种情况下，大型机器的齿轮现在接近英寸(2.5米)直径。

图1旋转破碎机

这两个系列的机器都被认为相当成熟，近几十年来只有适度的设计进化。然而，在同一时期内，由于需要增加吞吐量，对于相同的基本机器设计，其速度和功率额定值都有了显著的提高。齿轮设计和制造人员面临的挑战是在他们驾驶的机器不断变化的操作条件下，生产一套性能可靠的齿轮。下面的部分旨在帮助读者了解这些机器的独特方面，以及为什么粉碎应用程序不属于传统的汽车锥齿轮范例。

破碎机工作原理

这两种类型的破碎机由一个锥形的圆锥圆锥破碎室组成，它有一个固定的锥形外壳的，围绕着一个旋转的锥形盖板。由于盖板被放置在里面，并且靠近外壳，这两个主要部件形成了一个锥形破碎室，顶部有一个最大的开口，原料进入后，机器-和随着锥形室的开放逐渐收缩，因此被粉碎和缩小了尺寸。粉碎后的物料通过重力进料的锥形破碎室向下推进，在达到预期的尺寸缩减后，最终从底部排出。

机械运动

挤压作用是由盖板的独特运动引起的，因为它围绕着机器的垂直中心线旋转。把盖板的运动想象成一个旋转的钟摆，即固定在顶部，在底部跟踪一条圆形的轨迹路径，也许更简单。机器的核心是偏心的，它产生并传递旋转运动到盖板。旋转偏心的孔是径向偏移的，并在必要的角度上倾斜，以产生所需的摆动运动持续时间。该机器的主轴与旋转偏心的孔相配合，这两个部件共同构成旋转壳体通道的轴线。最后，驱动电源由斜齿轮传动，该锥齿轮牢固地安装在偏心上，其中平面旋转运动被转换成回转运动。

轴承设计

关于锥齿轮的大量知识是建立在汽车型应用经验的基础上的，包括汽车、卡车、农业设备和重型越野车。这些所有的应用都使用滚动轴承为齿轮产生硬/固定的安装点。在这些更典型的应用中，工程师必须考虑预期的挠度和在载荷作用下，驱动系统的各种固定和运动部件的弹性变形。

粉碎应用的独特之处在于，在几乎所有的情况下，齿轮装置都与普通青铜衬套保持一致。其中大部分应用场合都属于边界润滑，所得到的轴承间隙往往是相当大的。例如，大型回转破碎机的偏心轴承间隙可能超过0.1英寸(2.5毫米)，其结果是浮动中心线确定该锥齿轮的操作中心线。现在，想象一个汽车型的应用场合，一个8英寸(毫米)的被动齿轮，安装在0.英寸（0.23毫米）径向间隙的套筒轴承中。并考虑接触模式在间歇载荷条件下可能要走的地方。更有趣的是，想象一下被动齿轮壳体上的径向载荷，在每一次旋转中，围绕外壳的固定中心线在轨道上移动，其数量等于轴承的总间隙。

因此，除了经常发生的固有分离力和弹性偏转外，破碎应用还必须预见到较大的轴承间隙和相对于小齿轮固定中心线的接触路径对锥齿轮的影响。一些机器设计是为了减少齿轮接触轨迹的范围，将齿轮径向偏离偏心中心线，使其与设计轴承间隙相等。那么，怎样这种补偿功能从来不考虑不可避免的轴承和轴磨损的自然发生，那里的总轴承间隙可以达到设计间隙之间的%。

材料组合

多年来，齿轮和齿轮都是由硬化材料制成的。随着吞吐量和功率等级的增加，通过硬化齿轮变得更硬，小齿轮需要进行渗碳和淬火。不久之后，一旦必要的刀具和刮削技术可以开发出来硬切的小齿轮。但是齿轮零件的渗碳和硬切，还有更多的轮齿，由于切削加工技术周期和机床刚性，被认为是不切实际的。

近年来，随着大型切削机床的出现，尤其是5轴数控机床的问世，五轴铣削技术在齿轮工业中的应用，切削渗碳和坚硬的大齿轮已成为一种可行的选择。然而，热处理过程中的变形控制仍然是一个限制因素，这是由于缺乏能用的淬火压力机。由于这个原因，很大的一块，许多较大的破碎机继续使用渗碳淬火的被动轮与和硬刮的主动齿轮。

大齿轮零件的感应淬火也被用来实现表面硬化，与自由淬火、渗碳齿轮相比，其变形要小得多。不过，这需要专门的设备，使感应器完美地跟踪螺旋角和曲率半径的螺旋齿设计。

齿形设置

随着时间演变，最古老的破碎机齿形依然使用直齿锥齿轮，其中相当多的机器今天仍在运转。随着吞吐量和功率等级的增加，以及硬度的增加，该行业进一步以斜齿齿轮设计作为回应。今天，许多斜齿切齿机仍然在运转-锥齿轮中的“老年人”-在繁忙的生产计划中生产高质量的部件。螺旋锥齿轮出现较晚，直到最近几年，只有少数几台切齿机能够生产出更大尺寸的螺旋锥齿轮。通过引进高精度的五轴铣床以及支持它们的复杂软件，这种情况已经得到了很大程度的改善。

设计考虑因素

工程师面临的挑战是设计一种能够适应这些软轴承应用中自然出现的游动接触的设计。这些内容包括：

1)相对于可用齿侧面积的期望，降低传统的接触面积；2)通过增加其他设计来补偿减少的齿面接触面积。3)增加静态间隙和根部间隙值,以防止由于齿轮在其传动路径上相对于小齿轮的固定中心线的变化4)考虑到这些机器的独特操作特性，提供一种接触试验方法和验收标准，提供满意的运转和使用寿命。

测试

破碎应用的接触测试技术需要考虑当齿轮的旋转轴安装在软性轴承上时关于小齿轮的固定中心线自然发生的游动接触。

在操作过程中自然发生的接触斑点运动。在五种不同的试验机上进行接触试验的结果如下：1)与被动齿轮和主动轮的接触试验都位于基本中心；2)小齿轮向外移动(H+)；3)小齿轮向内移动(H-)；4)小齿轮向上移动(V+)；5)小齿轮向下移动(V-)。在五个试验中的每一个，齿轮保持在基本中心，每一个小齿轮偏移运动等于无补偿的轴承间隙。

图2猛禽0圆锥破碎机

在五个测试机床设置中的每一个，接触区域应具有可接受的形状和大小，并保持在允许的移动范围内，观察与轮齿端部有关的规定的停止值(禁止区)。此外，在四种测试机床设置中的每一种都必须遵守最小间隙和齿根间隙值，以确保存在足够的间隙，并且在使用期间不会出现硬接触条件。与直齿和斜齿设计，接触区域运动和反弹为最大的变化数值时，检测机设置调整在V+和V-负向。螺旋齿锥齿轮随着检测机床在H+和H-负方向上的调整，接触区域的运动和间隙的变化是最大的。

当使用没有垂直调整轴(V+/-)的试验机时，齿轮相对于测量机的水平旋转轴有径向偏移，其数量等于未夹紧固定轴承间隙。这种设置产生径向跳动的齿轮，模拟其接触路径相对于主动齿轮的固定中心线。一旦正确地设置了适当的偏移量(径向跳动)值，就会识别出齿轮的跳动值，以及与其余三个主坐标最佳对齐的齿。然后，测试是一个简单的命题，在四个预先标记的轮齿位置上，评估接触斑点的大小和位置，以及齿轮周围的四个主要坐标的齿隙和根间隙值。在此偏移之前，应首先评估接触区域的齿轮跳动设置为零，从而产生上述程序中带有H和V轴调整的试验机所描述的五种测试结果。

在上述任何一种测试安排下，当轴承/轴磨损达到需更换的临界点时，可以用偏移值进行附加测试，以表示工作条件。作为一项实际工作，这种测试的范围应限于评估接触区域侵入轮齿四角的程度，以及是否有不良反应。在这些极端情况下，齿根间隙值会降低到危险的水平。

设计模拟程序可以预测当齿轮在接触路径上移动时，接触区域和间隙会发生什么情况。他们还可以帮助预测鼓形和齿厚的类型，希望达到预期的效果。然而，这些模拟只为轮齿切削程序提供了一个知情的起点；软件输出的实际结果应该始终是通过上述测试方案之一验证。幸运的是，直接从仿真软件中生成的程序通常会为进一步开发提供足够的机会，一旦观察到初步接触试验结果，就会进行调整。

总结

虽然所有锥齿轮在设计和制造上都有许多共同之处，但那些注定要用于粉碎机的齿轮必须具有某些不属于自汽车行业标准的关键特性。今天大锥齿轮工业经常观察到这种现象，这些关键特性在工程界并没有得到广泛的理解，更不用说少得多的齿轮了，制造商应充分了解这些应用的技术要求。

对于粉碎机应用，齿轮的工作轴依赖于普通青铜衬套来保持对齐，而这些需要大量的油间隙才能在边界润滑条件下工作。宽的轴承间隙与旋转破碎力一起工作，使被动齿轮的节锥相对于主动齿轮的固定工作中心线具有接触路径。

在配合节锥上产生的游动接触需要特别注意：1)避免轮齿末端的过载情况；2)防止危险的啮合接触条件。为了避免这些不必要的后果，配合的零件会被加工出额外的鼓形和间隙，并最终通过一种模拟被动齿轮相对于主动轮的接触路径的方法进行测试。

精密五轴机床的出现，扩大了大锥齿轮的有效尺寸范围，提高了加工效率。作为一个积极的结果，这项新技术已经引入了新的大锥齿轮制造商买家。相反，更广泛的供应商基础也有助于进一步稀释本已有限的对粉碎应用程序所需内容的了解。

本文的前几节旨在提高读者对这些独特应用的知识深度，并有望成为当接近下一个破碎机时，齿轮装置订单时，具有更广泛的研究的动力。

原作者信息：

喜欢吗？

转载请注明：http://www.renleidegushi.com/lxlbj/5222.html