童仁平

（黑龍江烏拉嘎黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司）

齒輪傳動(dòng)具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)及傳動(dòng)比較穩(wěn)定等特點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)工作的持久性和可靠性主要取決于其加工制造精度和裝配、檢修質(zhì)量。制造精度和裝配質(zhì)量的好壞對(duì)動(dòng)負(fù)荷的產(chǎn)生、傳動(dòng)時(shí)的聲響及齒輪的壽命有很大影響，尤其是在球磨機(jī)的安裝、檢修過程中，其傳動(dòng)裝置齒輪副嚙合間隙的選擇和調(diào)整更顯重要。在現(xiàn)行的規(guī)范中，給出了球磨機(jī)安裝時(shí)齒輪副齒側(cè)間隙控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)齒輪副的齒頂間隙沒有提出要求，只給出了大齒圈徑向跳動(dòng)的上限標(biāo)準(zhǔn)。但大齒圈由于加工精度不高，加上鑄造、加工殘余應(yīng)力引起的變形和安裝誤差，使球磨機(jī)大齒圈安裝后一般較難達(dá)到設(shè)計(jì)或安裝規(guī)范規(guī)定的徑向跳動(dòng)要求。所以球磨機(jī)在實(shí)際安裝及調(diào)整過程中，因徑向跳動(dòng)的超差，只強(qiáng)調(diào)控制齒側(cè)間隙是很難保證齒輪正常傳動(dòng)的，尤其是大齒圈使用壽命至少在12年以上，在此期間需多次更換小齒輪及調(diào)換大小齒輪的工作面。由于大小齒輪齒頂間隙的測(cè)量不受齒面磨損的影響，所以以齒頂間隙為控制值調(diào)整齒輪副的嚙合間隙更有利于保證齒輪傳動(dòng)的正常進(jìn)行。
1　大齒圈產(chǎn)生徑向跳動(dòng)的原因
由于加工、運(yùn)輸保管、安裝等因素的影響，大齒圈會(huì)產(chǎn)生各種形式的變形，從而導(dǎo)致其徑向圓跳動(dòng)公差超差。
1.1 齒輪的徑向誤差產(chǎn)生的徑向跳動(dòng)
齒輪的徑向誤差是指滾齒或插齒時(shí)，由于齒坯的實(shí)際回轉(zhuǎn)中心與基準(zhǔn)孔 (軸) 軸心不重合，即出現(xiàn)幾何偏心，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距累積誤差。由圖 1 可以看出：O 為切齒時(shí)回轉(zhuǎn)中心，O′ 為基準(zhǔn)孔的幾何中心，當(dāng)兩者不重合時(shí)，即使所切齒圈上的各齒沿圓周分布絕對(duì)均勻 (即 P1＝P2)，但它只是分布在以 O 為中心的分度圓上，而在以 O′ 為中心的分度圓上其分布就不均勻了，即虛線圓上的 P1′ ≠ P2′。顯然這種齒距的變化是由于幾何偏心引起齒廓徑向位移而造成的。
切齒時(shí)產(chǎn)生齒輪徑向誤差的主要原因是工件安裝中心出現(xiàn)幾何偏心。球磨機(jī)大齒圈加工時(shí)，一般是以外圓找正定心、端面定位來安裝齒坯的，由于齒坯外圓本身徑向跳動(dòng)太大，或基準(zhǔn)面與孔軸線不垂直引起幾何偏心。

圖 1 幾何偏心引起徑向偏差
r —滾齒時(shí)的分度圓半徑；r′— 齒圈的分度圓半徑

1.2 加工應(yīng)力釋放產(chǎn)生的徑向跳動(dòng)
大齒圈的切削加工過程是工件材料被切除的過程，刀具的刀刃在切削力的作用下擠入工件，工件就會(huì)由于外力作用而產(chǎn)生變形，此時(shí)在工件內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外力的作用，并力圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置，工件只有通過變形來達(dá)到新的應(yīng)力平衡狀態(tài)。
在熱處理過程中，工件各部位組織轉(zhuǎn)變不一致，熱脹冷縮不同步，一般總會(huì)造成工件熱處理后不同程度、不同形式的畸變。
因?yàn)閷?duì)工件進(jìn)行熱加工或冷加工使金屬內(nèi)部宏觀或微觀組織發(fā)生不均勻的體積變化而產(chǎn)生的具有內(nèi)應(yīng)力的零件，其內(nèi)部組織處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，有著強(qiáng)烈的恢復(fù)到無應(yīng)力狀態(tài)的傾向，因此不斷地釋放應(yīng)力，直到其完全消失為止，在這一內(nèi)應(yīng)力消失過程中，零件的形狀逐漸變化，原有的加工精度逐漸喪失。針對(duì)兩半聯(lián)接的大齒圈來說，加工應(yīng)力的釋放更易產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致徑向跳動(dòng)量的增加。
1.3 運(yùn)輸、存放及安裝不當(dāng)產(chǎn)生的徑向跳動(dòng)
在起吊運(yùn)輸過程中，如果裝卸起吊方法不當(dāng)，也能引起張口現(xiàn)象。如圖 2 所示，如果起吊在半齒圈中間稍偏兩側(cè)部位，放置時(shí)，兩接合面先著地而后翻倒放平，此時(shí)半齒圈接合面處直徑變長(zhǎng)而不能彈性恢復(fù)，時(shí)間一長(zhǎng)即成為塑性變形，從而引起接合面張口，齒距變長(zhǎng)，該段齒圈徑向跳動(dòng)超差。安裝時(shí)如果放置方向不當(dāng)，不注意法蘭螺栓擰緊順序，也容易引起齒圈變形。

圖 2 半圈起吊示意

2　大齒圈安裝的檢測(cè)與調(diào)整
按照安裝程序，大齒圈裝配到筒體法蘭后，首先要使兩半齒圈接口處的間隙及齒距符合要求，然后還應(yīng)檢測(cè)大齒圈的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)值。如果超差，則應(yīng)通過適當(dāng)調(diào)整，保證其達(dá)到安裝的技術(shù)要求，為下一步的傳動(dòng)裝置調(diào)整提供依據(jù)。
2.1 大齒圈的檢測(cè)
大齒圈安裝后需檢測(cè)其徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)。徑向跳動(dòng) Fr 是以齒輪軸線為基準(zhǔn)，其值等于徑向偏差的最大值和最小值的代數(shù)差。端面跳動(dòng)是以齒輪軸線為基準(zhǔn)，齒輪端面與軸心線的不垂直度。
大齒圈徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)的檢測(cè)如圖 3 所示，在大齒圈齒寬的中點(diǎn)處設(shè)置一塊千分表 E，測(cè)微指針要垂直被測(cè)面，用來測(cè)量齒圈的徑向跳動(dòng)；在大齒圈的端面設(shè)置一塊千分表 A，用來測(cè)量大齒圈的端面跳動(dòng)；B、C 兩塊千分表分別設(shè)在中空軸軸肩處，并相隔 180°，用來測(cè)量球磨機(jī)本身的軸間串動(dòng)量，以此來校正大齒圈端面跳動(dòng)量 A 表的數(shù)據(jù)。
千分表設(shè)置完畢后調(diào)校各表的指針，使指針對(duì)準(zhǔn)讀數(shù)“0.00 mm”。將大齒圈均勻劃分幾點(diǎn)，作為檢測(cè)點(diǎn)。行車盤轉(zhuǎn)筒體，讀取千分表在相應(yīng)點(diǎn)的讀數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)，最后回到零點(diǎn)，E 表的讀數(shù)仍為“0.00 mm”，就檢測(cè)出大齒圈各點(diǎn)的徑向偏差值，最大偏差值與最小偏差值的差即為大齒圈的徑向跳動(dòng)量。
某一點(diǎn) A 表的讀數(shù)減去對(duì)應(yīng)點(diǎn) B 表的讀數(shù)，即為該點(diǎn)的端面跳動(dòng)偏差值，其最大偏差值與最小偏差值的差即為大齒圈的端面跳動(dòng)量。
2.2 大齒圈的調(diào)整
根據(jù)規(guī)范要求：大齒圈的徑向跳動(dòng)，每米節(jié)圓直徑不應(yīng)大于 0.25 mm；大齒圈的端面跳動(dòng)，每米節(jié)圓直徑不應(yīng)大于 0.35 mm。如果超差就需要進(jìn)行調(diào)整。
為了消除過大的端面跳動(dòng)，可通過在大齒圈和端蓋的接觸面之間加金屬墊片進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到規(guī)范要求為止。
大齒圈內(nèi)圓柱面與筒體法蘭的圓柱面之間有一定間隙，見圖 3 中的 a。在檢測(cè)完大齒圈的徑向跳動(dòng)后，再按其對(duì)應(yīng)點(diǎn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)圓柱配合面之間的間隙值 a，并計(jì)算出間隙平均值。調(diào)節(jié)法蘭連接螺栓，按計(jì)算出的間隙平均值調(diào)整各測(cè)量點(diǎn)的間隙，這樣基本能消除安裝誤差導(dǎo)致的徑向跳動(dòng)偏差。緊固法蘭螺栓后，再次檢測(cè)齒圈的徑向跳動(dòng)偏差，如果徑向跳動(dòng)還超差，可繼續(xù)調(diào)整。在消除安裝誤差的前提下，也盡量減少其他原因?qū)е碌膹较蚱?，使徑向跳?dòng)量達(dá)到或接近規(guī)范要求。調(diào)整完畢后，應(yīng)將大齒圈徑向跳動(dòng)偏差值最大和最小處作標(biāo)記，并詳細(xì)記錄在設(shè)備檔案中，以利于調(diào)整齒輪副的嚙合間隙。

圖 3 測(cè)量齒圈軸向和徑向擺動(dòng)示意

3　齒輪副嚙合間隙的檢測(cè)與調(diào)整
3.1 齒輪副嚙合情況的檢測(cè)
球磨機(jī)傳動(dòng)裝置安裝后，按照規(guī)范要求，其檢驗(yàn)方法為壓鉛和著色檢查。
3.1.1 壓鉛法檢測(cè)齒輪的嚙合間隙
采用直徑約為 0.35～0.50 m (m 為齒輪模數(shù)) 的鉛絲 (棒)，其長(zhǎng)度應(yīng)大于 5個(gè)齒距。沿齒寬均勻放置至少 2 根鉛絲 (棒)，為防止其脫落，可用潤(rùn)滑脂將其粘在齒面上；然后使齒輪嚙合滾壓，壓扁后的鉛絲 (棒)就代表齒輪嚙合的齒頂間隙和齒側(cè)間隙，如圖 4 所示，Cn 為齒頂間隙，a 與 b 為齒側(cè)間隙。用外徑千分尺測(cè)量被壓扁的鉛絲 (棒) 厚度，最厚段為齒輪嚙合的頂間隙 Cn，與之相鄰兩段鉛絲厚度之和 (a+b) 即為齒輪嚙合的齒側(cè)間隙 Jbn。

圖 4 測(cè)量齒圈軸向和徑向擺動(dòng)

通過壓鉛法，還能檢查出齒輪軸的平行度和扭斜度。
3.1.2 著色法檢查齒輪副的接觸面
齒輪嚙合接觸面積的大小和位置是表明齒輪制造和裝配質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)志。傳動(dòng)齒輪在運(yùn)行過程中，要求相互作用的表面接觸良好，緊密配合，承受的負(fù)荷均勻分布，發(fā)生的磨損沿其工作齒面高度和寬度一致。否則，必然會(huì)加大載荷的集中和齒面的過早磨損。
著色法檢查齒輪副接觸面積的操作方法：用紅丹加少許機(jī)油調(diào)成涂色油，將其均勻地涂在小齒輪的嚙合面上；用小齒輪驅(qū)動(dòng)大齒圈，在大齒圈轉(zhuǎn)動(dòng) 3～4 轉(zhuǎn)后，涂色油的色跡即顯示在大齒圈的輪齒工作面上，根據(jù)色跡可以判定齒輪裝配的正確性。圓柱齒輪正確嚙合時(shí)，其嚙合接觸斑點(diǎn)，沿齒高不應(yīng)小于 40%，沿齒長(zhǎng)不應(yīng)小于 50%，且應(yīng)趨向于中部。
3.2 齒輪副嚙合間隙的調(diào)整
3.2.1 新安裝球磨機(jī)或更新大齒圈時(shí)間隙的調(diào)整
新安裝球磨機(jī)或更新大齒圈時(shí)，因大齒圈及小齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，此時(shí)應(yīng)以檢測(cè)大、小齒輪嚙合的齒側(cè)間隙為主，齒頂間隙為輔的原則進(jìn)行，齒輪嚙合側(cè)間隙應(yīng)符合表 1 中的規(guī)定。

表 1 齒輪嚙合側(cè)間隙 mm

但檢測(cè)點(diǎn)一定要選擇在大齒圈徑向偏差值最大處。只有保證大齒圈徑向偏差值最大處的齒側(cè)間隙在表 1 給出的范圍內(nèi)才能確保齒輪副的正常嚙合和傳動(dòng)。調(diào)整后的間隙值要填寫在設(shè)備檔案中，作為后期維修時(shí)傳動(dòng)裝置調(diào)整的依據(jù)。
3.2.2 更換小齒輪時(shí)嚙合間隙的調(diào)整
球磨機(jī)小齒輪的使用壽命一般為 1.5～2 a，而大齒圈的使用壽命卻在 12 a 以上，也就是說在大齒圈的使用周期內(nèi)需多次更換小齒輪。在更換小齒輪時(shí)，因大齒圈齒厚的磨損，在齒面出現(xiàn)了一個(gè)“磨損”后的頂隙。由于這個(gè)頂隙是磨損出來的，具有磨合性質(zhì)，新更換的小齒輪的徑向最大偏差值只要稍大于更換前的小齒輪的最大徑向偏差值，就會(huì)因頂牙現(xiàn)象而發(fā)生振動(dòng)。此時(shí)因齒面已經(jīng)磨損，因此檢測(cè)齒輪嚙合的側(cè)間隙是沒用的，只能根據(jù)設(shè)備擋案記錄的齒頂間隙值，及新更換的小齒輪的徑向偏差值的增加量，將齒頂間隙放大，方可保證傳動(dòng)裝置的正常運(yùn)行。通過壓鉛法檢測(cè)齒頂間隙及用著色法檢查齒輪嚙合接觸斑點(diǎn)，滿足規(guī)范要求即可，不必檢測(cè)齒側(cè)間隙。
3.2.3 大齒圈翻背時(shí)嚙合間隙的調(diào)整
因球磨機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，為了延長(zhǎng)大齒圈的使用壽命，保證傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，當(dāng)大齒圈齒厚磨損量達(dá)25% 時(shí)可翻面繼續(xù)使用。大齒圈翻面安裝、調(diào)整的工作程序應(yīng)按安裝新大齒圈的程序進(jìn)行，需調(diào)整大齒圈的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)，并將調(diào)整結(jié)果記入設(shè)備檔案。在檢測(cè)齒輪副的嚙合間隙時(shí)，因大齒圈齒厚已嚴(yán)重磨損，齒側(cè)間隙已毫無意義，此時(shí)只需采用壓鉛法檢測(cè)齒頂間隙即可。齒頂間隙的調(diào)整依據(jù)為：在徑向偏差值最大處，齒頂間隙 Cn = 0.25 m；在徑向偏差值最小處，齒頂間隙 Cn = 0.25 m+Fr。
4　結(jié)語
大小齒輪的嚙合情況對(duì)球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況有著重要影響，合理選擇齒輪的嚙合間隙并進(jìn)行必要的調(diào)整是球磨機(jī)安裝及維修工作中的重要環(huán)節(jié)，也是保證傳動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件。所以，在球磨機(jī)安裝、維修過程中要針對(duì)不同情況采用不同的控制標(biāo)準(zhǔn)，來調(diào)整齒輪的嚙合間隙，保證齒輪副的正確嚙合。
在球磨機(jī)安裝及大齒圈更新時(shí)，可按規(guī)范要求，以控制齒側(cè)間隙為主，但要充分考慮大齒圈的徑向跳動(dòng)量，合理選擇檢測(cè)點(diǎn)；在維修階段，只能將控制齒頂間隙作為唯一的調(diào)整依據(jù)，但齒頂間隙的控制值也需根據(jù)不同情況進(jìn)行合理確定。
引文格式：
[1]童仁平.球磨機(jī)齒輪嚙合間隙的合理選擇及調(diào)整.[J].礦山機(jī)械,2014,42(2):122-125.

來源：《礦山機(jī)械》2014年02期