曹 斌

（太原重工齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所，山西 太原 030024）

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油需求不斷增加，全世界對石油的開采以及輸送過程中使用的無縫鋼管需求量也迅猛增加。對無縫鋼管的管道規(guī)格要求趨向大型化發(fā)展，與之相對應(yīng)，所設(shè)計(jì)的軋管設(shè)備也趨向大型化發(fā)展，甚至連板軋?jiān)O(shè)備也逐漸趨于大型化發(fā)展。在此種形式下，按常規(guī)思路去設(shè)計(jì)大型重載減速機(jī)，已經(jīng)無法滿足用戶及市場需求，為解決大型化發(fā)展帶來的設(shè)計(jì)困難，在設(shè)計(jì)中采用了分流傳動(dòng)設(shè)計(jì)，即動(dòng)力輸入后，分兩路傳動(dòng)，最后再全部匯總后輸出，使減速機(jī)在較小的結(jié)構(gòu)空間范圍內(nèi)，在較輕的重量下滿足大功率傳動(dòng)需求。

1 分流減速機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用性

分流設(shè)計(jì)使減速機(jī)滿足大功率傳動(dòng)，且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、加工難度小，可降低制造及運(yùn)輸成本，提高產(chǎn)品競爭力。若不采用分流式傳動(dòng)，隨著減速機(jī)規(guī)格的大型化，制造將無法實(shí)現(xiàn)，即使忽略制造問題，運(yùn)輸和安裝困難也將大大增加制造過程中許多附加成本。

2 分流減速機(jī)與常規(guī)減速機(jī)在同等安全系數(shù)下對比

以分流設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)對比常規(guī)設(shè)計(jì)，其結(jié)果見表1。

表1 分流減速機(jī)與常規(guī)減速機(jī)在同等安全系統(tǒng)的對比

方案一：在保證中心距、齒輪大小與分流設(shè)計(jì)基本不變的情況下進(jìn)行計(jì)算，其齒輪強(qiáng)度完全不能滿足設(shè)計(jì)使用要求，此方案不可行。

方案二：在保證齒輪強(qiáng)度與分流設(shè)計(jì)等同的情況下增大中心距滿足使用要求，盡管強(qiáng)度可以達(dá)到要求，但是不僅中心距尺寸增大太多，無法滿足用戶現(xiàn)場空間需求，而且將導(dǎo)致末級(jí)齒輪重量達(dá)37.5 t，不僅明顯地增加了材料成本，而且使制造非常困難，難以實(shí)現(xiàn)?？傊亓吭黾痈鼮轱@著，給制造、運(yùn)輸帶來極大困難，且制造成本增加非常多。

方案三：在保證中心距、齒輪大小與分流傳動(dòng)設(shè)計(jì)基本不變的情況下通過調(diào)整模數(shù)的方式進(jìn)行計(jì)算，由于齒寬已經(jīng)足夠?qū)?，增加齒寬對強(qiáng)度影響較小，且會(huì)增加制造困難，已無法增加，即使模數(shù)增至50，強(qiáng)度也無法滿足其使用要求，且模數(shù)增大到50已導(dǎo)致無法磨齒，使制造無法實(shí)現(xiàn)。

方案四：常規(guī)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，在保證齒輪強(qiáng)度、增大模數(shù)到可加工范圍，中心距接近用戶空間使用要求，其末級(jí)齒輪重量仍然會(huì)重達(dá)26 t，其總重量增加仍然很多。制造和運(yùn)輸依然不便，使制造成本增加很多，制造工藝難、產(chǎn)品性價(jià)比差等問題突出，降低了產(chǎn)品競爭能力。

此分流式傳動(dòng)設(shè)計(jì)順應(yīng)當(dāng)今對環(huán)保節(jié)能的潮流，達(dá)到低能耗制造，實(shí)現(xiàn)了綠色設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更優(yōu)化、更實(shí)用。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其在大型重載傳動(dòng)設(shè)備中擁有非常良好的應(yīng)用前景，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其承載能力高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、工藝性好、制造成本低、產(chǎn)品性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)更加突出，可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。同時(shí)，此種分流式結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義，其發(fā)展具有非常廣闊的空間，為以后在更多的領(lǐng)域尤其是大型重載減速機(jī)的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理

圖1 分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理圖

如圖1，Ⅰ軸為輸入齒輪軸（人字軸），通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)Ⅱ和Ⅲ齒輪軸上大齒輪（單斜齒），通過齒輪與齒輪軸的鍵與配合將力傳動(dòng)到Ⅱ和Ⅲ齒輪軸，再由Ⅱ和Ⅲ齒輪軸通過齒輪嚙合傳遞到Ⅳ大齒輪（單斜齒），再由大齒輪通過和軸的鍵和配合傳遞到輸出軸、輸出扭矩。

由于從輸入軸Ⅰ開始，功率進(jìn)行了分流，在Ⅳ大齒輪處匯合，所以Ⅱ和Ⅲ齒輪軸及齒輪受力減小很明顯，在Ⅳ大齒輪嚙合處常規(guī)設(shè)計(jì)中一對齒輪傳遞變成兩對齒輪傳遞，因此在同等強(qiáng)度下，中心距、模數(shù)、齒寬都有所降低，結(jié)構(gòu)非常緊湊。

在分流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中還可以在輸入軸前適當(dāng)增加傳動(dòng)鏈，增加速比范圍，滿足不同工況下多種需求，有效提高市場適應(yīng)性。

4 總結(jié)

通過對上述幾種不同方案的設(shè)計(jì)對比，充分體現(xiàn)出分流傳動(dòng)設(shè)計(jì)在大型重載齒輪箱設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的環(huán)保和節(jié)能理念，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)備更安全、更實(shí)用、更輕便。

[1]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2002.

[2]劉鴻文主編.材料力學(xué).北京：高等教育出版社.1982.

[3]熊萬武主編.齒輪手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006.