行星齒輪減速機存在問題剖析解決
1減速機的技術參數。
平煤集團四礦一水平主井提升采用的單繩纏繞式提升機,為洛陽礦山機械廠生產的XKT2-3.5 1.7B20型提升機,配用1台日本東京國立有限公司(Company)生產的EFUDQ型異步電機,配用減速機(Retarder)為洛陽礦山機械廠生產的ZHLR-170KG型圓柱圓弧分流人字齒減速機,其主要技術參數如下。
型號ZHLR-170KG速比20級數2最大輸入轉速750r/min輸出轉矩30kN#m中心距(大軸-三軸)1700mm投入運行時間1994年2減速機故障分析(Analyse)及其處理(chǔ lǐ)措施(指針對問題的解決辦法)。
2.1故障(fault)的發現與分析。
該減速機曾於2002年4月進行了清洗,檢查和換油,檢修時未發現異常。硬齒麵齒輪減速機傳動的效率是所有傳動式中效率最高的一種,其效率比蝸杆傳動要高的多。齒輪減速機的效率主要由齒輪及軸承的摩擦決定。該檢修項目周期為1年,2003年2月,在未到檢修周期的情況下,發現減速機在運行中有異響,隨決定當月底進行停產檢修。吊開減速機上蓋後,經檢查發現,軸大齒輪齒麵有一處裂紋,裂紋長度達80mm,深至齒坯外圈。經超聲波(是一種頻率高於20000赫茲的聲波)無損探傷,發現裂紋長達100mm.齒輪裂紋分為工藝裂紋和使用裂紋2種。作者分析認為,該裂紋應屬於輪齒齒根過渡曲麵處出現的彎曲疲勞裂紋,其特征為應力重複交變,此種裂紋源通常為齒輪表麵應力集中處,如齒根圓麵,材料缺陷處等。交變應力水平過高,材料缺陷與應力集中等因素共同作用的結果導致(cause)裂紋產生。
通常,初始裂紋產生在凹齒麵和齒根過渡(transition)曲麵的相切處附近,當齒根的循環彎曲應力超過材料(Material)的疲勞極限時,將引起齒根疲勞裂紋不斷擴展,最終導致(cause)折斷。圓弧齒輪的齒麵瞬時載荷集中在齒寬上較窄的一段接觸麵上,載荷由一部分齒寬的齒麵承接,因此,齒根應力較大。
該減速機軸大齒輪(Gear)為鑲套式齒輪,其主要技術參數(parameter)如表1所示。
常規設計時,齒圈齒根到輪轂與齒圈結合麵的距離應35~40mm.如小於上述值,切齒殘餘應力會造成使用中崩圈。
查閱齒輪手冊,裂紋的失效判據為:大於等於齒寬的1/4.因此裂紋長度為80mm>200mm1/4,故可判斷為失效。如果不處理,將會導致斷齒或齒端崩角,輪緣斷裂,甚至崩圈。
2.2處理(chǔ lǐ)方案(fāng àn)。
方案(fāng àn)1.更換軸大齒輪(Gear)齒圈,大齒輪或軸。
這3種方法均需較長的加工周期,停產時間長,損失過大,不宜作為首選方案,可作為備用方案。
方案2.焊接裂紋。該方案為應急方案,但考慮(consider)到焊接隻能對表麵進行焊接,對裂紋內部沒有辦法處理(chǔ lǐ),焊接可能(maybe)引起應力集中,引發裂紋增大,故此方案不可行。
方案(fāng àn)3.在裂紋擴展前沿鑽孔,做鈍化處理,防止裂紋繼續擴大。同時為防止崩圈,於裂紋2邊的齒根部鑽孔,攻絲(工具:絲攻或絲錐),把齒圈與齒坯聯為一體。齒輪2側打夾板,穿上銷釘做固定聯接。為防止齒端崩角,進行齒端修薄,修薄量&s為0.01~0.04mn,與此同時,對箕鬥做減荷處理,即用鐵板封閉1/3的箕鬥空間,以減小換向衝擊。該方案為臨時處理方案,可保證在安全的前提下提升機繼續提升,維持生產,等待軸加工完畢後,再進行更換。
經過3種方案比較,作者認為,方案3較為可行,故選用了該方案。與此同時聯係生產(Produce)廠家加工減速機軸。
3.3修複工藝。硬齒麵齒輪減速機為達到特別低的輸出轉速,可以通過兩個齒輪減速機相聯的方法來實現。當采用這種傳動方案時,可配置電機的功率必須依賴於減速機的極限輸出扭矩,而不能通過電機功率來計算減速機的輸出扭矩。
(1)在裂紋前沿鑽直徑6mm,深50mm的截止孔一個。
(2)用搖臂鑽在裂紋兩邊的齒根部各鑽4個8.5mm孔,深度50mm,然後用M10絲錐攻絲,用M1042mm高強度螺釘把齒圈與齒坯做螺紋聯接,為防止螺釘在運轉中竄出,用銅焊封堵螺釘尾部。
(3)在大齒輪兩側各打一矩形夾板,夾板厚度10mm,夾板上鑽4個10mm孔,與齒輪側麵配鑽,而後穿上與之過盈配合的銷子,夾板中間鑽一個10.3mm孔,攻M12螺紋,做緊固夾板防鬆用。齒輪減速機一般用於低轉速大扭矩的傳動設備,把電動機普通的減速機也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果,大小齒輪的齒數之比,就是傳動比。隨著減速機行業的不斷發展,越來越多的企業運用到了減速機。由於該齒輪內側直接加夾板影響(influence)軸軸齒輪與低速軸大齒輪相齧合,其間隙僅有2~3mm,故需在大齒輪此側銑掉10mm,以放入夾板,夾板上麵與齒根圓麵下麵水平。銑槽采用X2012型龍門銑床。
(4)齒端修薄采用風動指形磨刀,修薄量為0.1 mm.(5)箕鬥做減荷處理(chǔ lǐ):在箕鬥內焊2塊2000 mm1570mm6mm鐵板封住650mm寬的空間(已除掉鐵板質量)。
4使用效果。
按上述方法處理完畢後,減速機經清洗,巡查,重新裝配(assemble),共用時32h,主井提升恢複運行。為加強管理,安排專人3班,在交接班期間打開減速機觀察孔蓋,檢查裂紋情況。運行1個月後進行檢查,未發現裂紋有發展跡象,新加工軸到貨後,經安裝,研齒,跑合後減速機恢複正常提升。該減速機應急檢修方案為今後處理齒輪(Gear)在循環(continue)應力作用下產生的疲勞裂紋提供了參考。