江旭昌，王艷麗

法國雪鐵龍公司磨用減速器的輪系特點和齒輪幾何尺寸計算

江旭昌1，王艷麗2

天津振興水泥有限公司一號線預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線設(shè)計生產(chǎn)能力為2 000t/d熟料，原設(shè)計配套一臺φ 4.6m×7.5m+3.5m中卸烘干生料磨和兩臺φ3.8m×13m水泥磨，三臺磨機(jī)均采用中心傳動，公司為此購買了三臺法國雪鐵龍公司生產(chǎn)的CH3C1190-JC26型三級雙分路磨用減速器，傳動功率均為2 500kW。由于我國水泥生產(chǎn)預(yù)分解技術(shù)的成熟，φ4m×60m水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力一般都能達(dá)到2 500t/d熟料或更高，若繼續(xù)采用φ4.6m×7.5m+3.5m中卸烘干生料磨，其粉磨能力就顯不足，因此，必須將磨機(jī)改為φ4.6m× 8.5m+3.5m?？扇_磨用減速器已經(jīng)訂貨，不能更改。2 500kW的磨用減速器能否承擔(dān)加長1m粉磨倉的生料磨，就使該公司特別擔(dān)心。為做到確有把握或做到胸中有數(shù)，該公司對法國雪鐵龍公司提供的減速器設(shè)計計算資料進(jìn)行核算。然而核算結(jié)果顯示，連齒輪的幾何尺寸與法國提供的數(shù)據(jù)都無法匹配。為此公司請對大型減速器較有研究的西安某研究所對這三臺減速器的齒輪進(jìn)行核算并希望做出評價?？墒?，研究所提出的計算數(shù)據(jù)與法國提供的齒輪幾何尺寸數(shù)據(jù)同樣也無法匹配，出入較大。為找出其中的原因，該公司又找到筆者幫助核算，并提出看法。經(jīng)過筆者研究計算后，所得的齒輪幾何尺寸與法國提供的設(shè)計計算數(shù)據(jù)完全一致，解決了該公司的這一難題。

天津振興水泥有限公司一號線2 000t/d水泥生產(chǎn)線于1998年投產(chǎn)，迄今這三臺磨用減速器已運轉(zhuǎn)了17年，應(yīng)驗了筆者當(dāng)年的預(yù)估?，F(xiàn)擬公開發(fā)表，對我國的齒輪研發(fā)、齒輪標(biāo)準(zhǔn)的制定和磨用減速器的選用等都有重要參考價值。

1　法國雪鐵龍磨用減速器的輪系結(jié)構(gòu)及特點

圖1　CH3C1190-JC26型磨用減速器輪系簡圖

法國雪鐵龍磨用減速器的輪系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。由圖1可見，這是一種雙路對稱式三級減速器，進(jìn)軸轉(zhuǎn)數(shù)n1=990r/min，出軸轉(zhuǎn)數(shù)n4=15.1r/ min，總速比i=i1i2i3=3.722 2×4.294 1× 4.105 3=65.617 1，共有14個滾動軸承支承，要求配用電動機(jī)功率2 800kW，減速器設(shè)計功率為2 500kW，實際安裝功率2 800kW，轉(zhuǎn)數(shù)均為990r/min。

由圖1可見，進(jìn)軸的軸頭直徑為φ140mm，在進(jìn)軸上安裝有兩個小齒輪Z1和Z2，分別與I級兩個大齒輪Z3和Z4相嚙合，I級齒輪傳動的速比為i1=3.722 2。一級兩個大齒輪與兩個Ⅱ級小齒輪Z5和Z6分別安裝在兩路對稱的軸上，以同轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動。兩個Ⅱ級小齒輪Z5和Z6分別于兩側(cè)的Ⅱ級大齒輪Z7和Z8相嚙合，Ⅱ級齒輪傳動的速比為i2=4.294 1。Ⅱ級兩個大齒輪Z7和Z8分別與安裝在兩側(cè)對稱軸上的兩個Ⅲ級小齒輪Z9和Z10以同轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動。兩個Ⅲ級小齒輪Z9和Z10分別與安裝在出軸上的一個大齒輪Z11相嚙合，出軸軸頭直徑為φ600mm，Ⅲ級齒輪傳動的速比為i3=4.105 3。顯然，這是一種雙分路的磨用減速器，總速比為i=i1i2i3=3.722× 4.294 1×4.105 3=65.617 1。當(dāng)進(jìn)軸轉(zhuǎn)數(shù)為n1=990r/min時，則出軸轉(zhuǎn)數(shù)為n4=n1/i=990/65.617 1=15.09≈15.1r/ min，與磨機(jī)要求的轉(zhuǎn)數(shù)相一致。

圖2　其他雙路磨用減速器Ⅰ級傳動齒輪的布置

表1　第Ⅲ級齒輪傳動的齒輪已知參數(shù)

表2?、蠹夶X輪副齒輪幾何尺寸的計算

對于多路磨用減速器來說，其均載率的高低特別重要。均載率是靠均載裝置或均載機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的，法國雪鐵龍雙路磨用減速器的均載機(jī)構(gòu)采用Ⅰ級安裝在同一軸上的兩個旋向相反構(gòu)成一個人字齒的小齒輪，靠其軸向的自行微動使其兩路均載。其他型式的雙路減速器，Ⅰ級斜齒小齒輪都是一個與兩個斜齒大齒輪相嚙合，如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)沒有均載作用，所以必須另設(shè)均載機(jī)構(gòu)，才能保持減速器在運轉(zhuǎn)時兩路載荷的均衡。

表3　法國給出的徑向間隙系數(shù)與我國的徑向間隙系數(shù)值的比較

表3　法國給出的徑向間隙系數(shù)與我國的徑向間隙系數(shù)值的比較

國家法國中國法國/中國C※nF/C※n項目徑向間隙系數(shù)C※nF徑向間隙系數(shù)C※nⅠ小齒輪0.504 0 0.25 2.016大齒輪0.504 5 0.25 2.018Ⅱ小齒輪0.473 5 0.25 1.894大齒輪0.473 2 0.25 1.893Ⅲ小齒輪0.450 2 0.25 1.801大齒輪0.450 3 0.25 1.801備注各不相同全部相同1.801～2.018

表4　第Ⅲ級齒輪兩種標(biāo)準(zhǔn)計算結(jié)果的比較

2　減速器齒輪幾何尺寸的計算

由圖1可知，這種磨用減速器是三級雙路減速器，共有10或11個齒輪。但是只要計算出一級，就可知道法國雪鐵龍公司的計算方法。現(xiàn)以第三級齒輪傳動為例進(jìn)行計算，便可看出其計算方法，并掌握他們的計算規(guī)律。

2.1第Ⅲ級齒輪傳動齒輪幾何尺寸的計算

2.1.1第Ⅲ級齒輪的已知數(shù)據(jù)如表1。

由表1可知，這是一對變位斜齒輪傳動或稱螺旋齒輪傳動。與我國所不同的是，其變位系數(shù)給出兩種數(shù)據(jù)，一種是齒輪幾何尺寸設(shè)計計算的法向變位系數(shù)xn，另一種是法向切削變位系數(shù)或稱加工法向變位系數(shù)在齒輪幾何計算中，法國雪鐵龍公司均采用前者，后者在加工計算時使用。

2.1.2齒輪幾何尺寸計算

根據(jù)表1所列第Ⅲ級齒輪的基礎(chǔ)參數(shù)，便可計算出齒輪副的幾何尺寸，計算值見表2。

3　某研究所計算結(jié)果與法國雪鐵龍公司不一致的原因分析

某研究所完全是按照我國的齒輪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算的，而法國雪鐵龍公司所采用的計算標(biāo)準(zhǔn)與我國不同。在變位齒輪幾何尺寸的計算中，主要有兩點不同：一是我國對變位齒輪幾何尺寸的計算只給設(shè)計的變位系數(shù)，不考慮加工或稱“切削變位系數(shù)”，這兩種的變位系數(shù)的數(shù)值不同，后者比前者都要小4.8%～16.2%；二是頂隙系數(shù)或稱徑向間隙系數(shù)不同。我國在設(shè)計時，徑向間隙系數(shù)一律采用端面頂隙系數(shù)cosβ，而法國雪鐵龍公司所采用的徑向間隙系數(shù)都要比我國的大近一倍，而且對每個齒輪都是不同的，詳見表3所列。這樣，在對齒輪幾何尺寸進(jìn)行計算時，與徑向間隙系數(shù)有關(guān)的項其結(jié)果肯定不會相同。

4　法國雪鐵龍公司與我國某研究所對齒輪幾何尺寸計算結(jié)果的比較

為了更清晰地看出法國雪鐵龍公司與我國某研究所對齒輪幾何尺寸計算的差異，現(xiàn)將其分別列入表4中。

5　結(jié)語

（1）由表3可以看出，由于法國雪鐵龍公司所采用的徑向間隙系數(shù)與我國的齒輪標(biāo)準(zhǔn)不同，所以導(dǎo)致與其有關(guān)的幾何尺寸齒根高h(yuǎn)f、全齒高h(yuǎn)和齒根圓直徑df都不相同。除此而外，其他幾何尺寸則完全相同。

（5）某研究所的計算之所以與法國雪鐵龍公司提供的齒輪幾何尺寸計算資料不匹配，就是因為徑向間隙系數(shù)完全按我國齒輪標(biāo)準(zhǔn)=0.25進(jìn)行計算的結(jié)果，忽略了法國雪鐵龍公司所采用的徑向間隙系數(shù)值與我國齒輪標(biāo)準(zhǔn)不同。

（6）按照本文的計算程序，對其他Ⅰ級和Ⅱ級齒輪傳動幾何尺寸進(jìn)行的計算，得出的結(jié)果與法國雪鐵龍公司提供的完全一致。為節(jié)省篇幅，對其他兩級齒輪幾何尺寸的計算省略。

（7）從三臺雪鐵龍公司磨用減速器的使用情況看，生料磨的實際運轉(zhuǎn)功率為2 600～2 650kW，兩臺水泥磨的實際運轉(zhuǎn)功率為2 300～2 350kW。生料磨的減速器一年就得大修一次，已經(jīng)換過四次齒輪，失效的主要原因是齒面的點蝕和剝落；水泥磨兩臺減速器需2～3年大修一次，齒輪也換過，但不像生料磨那樣嚴(yán)重。由此可見，齒輪的使用壽命與其負(fù)荷密切相關(guān)。這種情況與當(dāng)時筆者的預(yù)估完全符合，主要是這種雙路磨用減速器的均載機(jī)構(gòu)不很理想和與磨機(jī)相連接的傳動軸剛性太大所致，不適應(yīng)磨機(jī)尤其是管磨機(jī)運轉(zhuǎn)時的特點要求。這種均載機(jī)構(gòu)不如丹麥?zhǔn)访芩构镜入p路磨用減速器的均載機(jī)構(gòu)性能優(yōu)越。

（8）一般來說，滾動軸承要求的潤滑油粘度較小為好，齒輪要求的潤滑油粘度較大為好。在同一臺減速器中，齒輪如果采用一般的滾動軸承支承，對潤滑油粘度的要求是矛盾的。為此一般多選用320號極壓齒輪油，采用460號極壓齒輪油都很少。法國雪鐵龍公司對這三臺磨用減速器均要求使用630號極壓齒輪油，這是較少見的。這也是這種磨用減速器的又一特點。顯然，這是法國雪鐵龍公司為提高齒輪的負(fù)荷能力所采用的兩項措施：一是提高潤滑油的粘度；二是為適應(yīng)潤滑油粘度的加大而采用加大徑向間隙系數(shù)的技術(shù)措施。雖然這兩項技術(shù)措施對提高齒輪的負(fù)荷能力具有一定作用，但都不及改善均載率的作用大，導(dǎo)致法國雪鐵龍公司磨用減速器的可靠度是令人擔(dān)憂的，所以在選用磨用減速器時，必須慎之又慎，因為其價格特別昂貴。

（9）從天津振興水泥有限公司的使用情況來看，若φ4.6m×8.5m+ 3.5m生料磨超載（2 500kW）運行，則對其可靠度產(chǎn)生影響，可兩臺水泥磨均未超載（2 500kW），也只能運行2～3年，時間也不足。

（10）原來對一臺φ4.6m×8.5m+ 3.5m生料磨和兩臺φ3.8m×13m水泥磨的實需功率都核算過，與現(xiàn)在運行的實際功率完全相符。由于篇幅所限，在本文中將這部分內(nèi)容省略。

Reducer Gear Train Characteristic and Gear Geometry Size Calculation for Mills of Citroen Company

TH 132.46文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-6171（2016）03-0019-04

通訊地址：1天津市博納建材高科技研究所，天津300400；2建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，北京100024；

2016-01-28；編輯：呂光