王勇　趙文瑜

摘要：開煉機齒輪箱在客戶某輪胎公司安裝調(diào)試時空載試車存在異響，技術(shù)人員通過現(xiàn)場查看并進行理論分析，認(rèn)為產(chǎn)生異響的原因是由于齒輪箱與主機軸之間使用十字軸萬向聯(lián)軸器。

關(guān)鍵詞：開煉機；齒輪箱；異響；十字軸萬向聯(lián)軸器；輪胎公司 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ330 文章編號：1009-2374（2015）18-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.042

開放式煉膠機（簡稱開煉機）是橡膠廠的主要設(shè)備之一，在輪胎公司被大量使用，和密煉式煉膠機、擠出壓片機組煉膠機、單螺桿煉膠機是主要的四大煉膠設(shè)備。開煉機一般會被作為密煉機的下附機使用，也可能由5～7臺開煉機組成開煉機群。開煉機一般由電機、齒輪箱和開練主機組成。我公司生產(chǎn)的XSK型開煉機齒輪箱是為開煉機配套的齒輪箱，是開煉機系統(tǒng)的傳動機構(gòu)。XSK型開煉機齒輪箱采用平行圓柱齒輪減速的傳動形式，輸入軸通過彈性聯(lián)軸器與電機軸相聯(lián)，由電機驅(qū)動，經(jīng)過二～四級平行軸齒輪減速，輸出軸Ⅰ得到輸出轉(zhuǎn)速n1，再經(jīng)過兩輸出軸之間齒輪的減速與功率分流，輸出軸Ⅱ得到輸出轉(zhuǎn)速n2，兩輸出軸分別通過聯(lián)軸器把動力傳遞給開煉機滾筒。

1 發(fā)現(xiàn)問題

我公司生產(chǎn)的XSK660開煉機齒輪箱在某輪胎公司開練車間安裝調(diào)試時，空載試車存在異響。我公司技術(shù)人員在現(xiàn)場查看判斷異響聲來自開煉機齒輪箱輸出齒輪副，發(fā)現(xiàn)滾筒每轉(zhuǎn)一周，該齒輪副會出現(xiàn)一次異常聲。該齒輪箱與滾筒之間采用十字軸萬向聯(lián)軸器聯(lián)接，為雙輸出結(jié)構(gòu)。經(jīng)過現(xiàn)場查看并查閱相關(guān)資料，確定該異響由十字軸萬向聯(lián)軸器引起。

2 原因分析

開煉機齒輪箱通常按如下步驟進行安裝：在減速機輸入軸、輸出軸端面上劃出中垂線，打樣沖眼減速機就位，保證減速機輸入軸、輸出軸端面中垂線與基礎(chǔ)軸向中心線重合。在減速機基準(zhǔn)面上用水平儀校正水平，水平度允許誤差為±0.04mm/m。找正可在箱體底面與基礎(chǔ)面之間加墊塊（片）或斜鐵調(diào)整，墊塊在高度方向最好不要超過兩塊，墊塊為了不引起箱體變形，應(yīng)在地腳螺栓兩側(cè)對稱排列。校正水平后，減速機輸入軸對電機軸，輸出軸對轉(zhuǎn)子軸應(yīng)嚴(yán)格對中，在軸線和徑向兩個方向的同軸度都必須滿足上述要求。優(yōu)良的軸線和徑向?qū)χ?，就能得到?lián)軸器優(yōu)良的性能和長久的機械壽命，減速機和電機工作更加平穩(wěn)，功耗最小。擰緊全部地腳螺栓，在此過程中要保證減速機不再移動。具體操作為將百分表固定在安裝基礎(chǔ)上，表頭測量附近的減速機座表面，擰緊地腳螺栓過程中觀察百分表是否發(fā)生改變，如發(fā)生改變，說明基礎(chǔ)不平或墊塊沒有墊好，應(yīng)重新校正。輸入聯(lián)軸器必須要留有6mm左右軸向間隙，輸出聯(lián)軸器內(nèi)外齒在寬度方向?qū)χ小?/p>

萬向聯(lián)軸器使用自身機構(gòu)的特點，使得兩根軸不在同一軸線上，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并有效可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。萬向聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)錯在較大的角向補償能力、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高的特點。不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般在5°～40°之間。十字軸式萬向聯(lián)軸器是用量非常大的萬向聯(lián)軸器，軸承是十字軸式萬向聯(lián)軸器的易損件。幾種大型十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要區(qū)別在于軸承座和十字叉頭的變化，形成不同結(jié)構(gòu)形式。為保證主、從動軸的同步性，實際應(yīng)用中均采用雙聯(lián)形式，雙聯(lián)的聯(lián)接方式不外乎焊接或法蘭盤通過螺栓聯(lián)接，中間長短的變化可有多種形式。

具體分析如下：

對于單個十字軸萬向聯(lián)軸器，如圖1模型示意圖

所示：

當(dāng)軸Ⅰ旋轉(zhuǎn)一周，軸Ⅱ也跟著旋轉(zhuǎn)一周，因此，單就整體轉(zhuǎn)數(shù)而言，兩軸保持一致。但其瞬時傳動比則隨其位置而變化，換言之，若軸Ⅰ以等角速度旋轉(zhuǎn)，軸Ⅱ則為變角速度旋轉(zhuǎn)。分析如下：

設(shè)主動軸Ⅰ與從動軸Ⅱ之間的夾角為α，當(dāng)軸Ⅰ與軸Ⅱ回轉(zhuǎn)一圈時，A和B兩點的軌跡均為一圈，如圖2所示，該兩圓所在的平面分別垂直于軸Ⅰ與軸Ⅱ，可知該兩圓之間的夾角也等于α。

取垂直于軸Ⅰ的平面為投影面，那么A點的軌跡在該投影面上的投影為一實際大小的圓（見圖3中的C），而B點的軌跡為一橢圓（見圖3中的D）。

由于OA與OB始終垂直，當(dāng)OA平行于投影面時，OA與OB的投影始終相互垂直。當(dāng)OA的位置位于OA0時（即軸Ⅰ的叉位于軸Ⅰ與軸Ⅱ所在的平面），OB應(yīng)在OB0位置（即軸Ⅱ的叉位于軸Ⅰ與軸Ⅱ所在平面的垂直面內(nèi)）。當(dāng)OA旋轉(zhuǎn)角度為βA，即OA旋轉(zhuǎn)至OA1時（如圖3），過O點做OA1的垂線，交投影橢圓于NB，那么ONB為此時OB的投影，∠B0ONB為B轉(zhuǎn)過角度的投影，其大小等于βA，欲得B轉(zhuǎn)過的實際角度βB，可轉(zhuǎn)化成立體幾何模型進行求解，如圖4所示：

由圖中幾何關(guān)系可得：

，，故可得，所以，該式即為主動軸Ⅰ與從動軸Ⅱ之間的轉(zhuǎn)角隨兩軸夾角的關(guān)系?，F(xiàn)根據(jù)所得公式制作βB–βA曲線圖，首先，將所得公式轉(zhuǎn)化，根據(jù)三角函數(shù)公式，由已知，將其代入，便可得，由于此處可當(dāng)作常值數(shù)來處理，故可設(shè)=E，=F，便可將公式轉(zhuǎn)化成，由此式可推知，當(dāng)時，取極值，由于一般情況下α不會太大，所設(shè)常值E接近1，得知當(dāng)βB處于45°、135°（180°內(nèi)）附近時，取極值。根據(jù)以上轉(zhuǎn)化公式，可得如圖5所示曲線：

由圖5可見，當(dāng)主動軸Ⅰ轉(zhuǎn)角βA從0°轉(zhuǎn)至90°（從動軸Ⅱ轉(zhuǎn)角βB從-90°轉(zhuǎn)至0°，圖中未表示出，可推斷），從動軸Ⅱ轉(zhuǎn)角相對于主動軸Ⅰ是滯后的，即βB<βA，并且兩角差值在βB=-45°附近時達到最大，隨后減小，在此區(qū)間，從動軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)速度先減慢，后加快。當(dāng)主動軸Ⅰ轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)過90°時，從動軸也同時轉(zhuǎn)過0°，此時開始，主動軸Ⅰ轉(zhuǎn)角βA從90°轉(zhuǎn)至180°，從動軸Ⅱ轉(zhuǎn)角βB從0°轉(zhuǎn)至90°，從動軸Ⅱ轉(zhuǎn)角相對于主動軸Ⅰ是超前的，即βB>βA，并且兩角差值在βB=45°附近時達到最大，隨后減小，在此區(qū)間，從動軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)速度先加快，后減慢。后半圈轉(zhuǎn)動情況與前半圈轉(zhuǎn)動情況相同。

因此，由以上分析可知，對于十字軸萬向節(jié)聯(lián)軸器，如果主動軸以等角速度轉(zhuǎn)動，從動軸則時快時慢，即普通十字軸萬向節(jié)聯(lián)軸器的不等速性。且兩軸夾角越大，兩軸傳動的不等速性越嚴(yán)重。

3 結(jié)語

此開煉機為雙輸出結(jié)構(gòu)，兩根輸出軸均套有十字軸萬向節(jié)聯(lián)軸器，基于以上分析，加之兩個十字軸萬向節(jié)聯(lián)軸器的隨機位置的差異性，導(dǎo)致減速機輸出軸轉(zhuǎn)速與滾筒之間的轉(zhuǎn)速差值的疊加，造成兩軸的速度發(fā)生瞬時的改變，且在某個點達到最大，致使減速機內(nèi)部齒輪發(fā)生撞擊，產(chǎn)生異響。

參考文獻

[1] 《機械設(shè)計手冊》編寫組.機械設(shè)計手冊（第三卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[2] 《機械設(shè)計手冊》編寫組.機械設(shè)計手冊（第四卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[3] 王曉會.十字軸式萬向聯(lián)軸器的正確安裝[J].農(nóng)機使用和維修，2003，（6）.

[4] 趙成剛，張洛平.萬向節(jié)運動特性與實驗分析[J].公路和汽運，2008，（3）.

作者簡介：王勇（1980-），男，江蘇南京人，南京寧嘉機電有限公司工程師，研究方向：工業(yè)齒輪箱的研發(fā)、質(zhì)量管理；趙文瑜（1984-），男，江蘇南京人，南京寧嘉機電有限公司工程師，研究方向：工業(yè)齒輪箱的研發(fā)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）