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1、問題的提出
    我廠于1996年開始生產(chǎn)的∮3m系列磨機(jī)大齒圈，在實(shí)際使用中經(jīng)常出現(xiàn)連接螺栓斷裂、螺母松脫、結(jié)合面開口而無法收緊以及結(jié)合面處輪齒嚙合振動(dòng)大、噪聲高等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的提高。經(jīng)過詳細(xì)的觀察、分析和研究，發(fā)現(xiàn)上述種種問題均與齒圈對接結(jié)合面的設(shè)計(jì)和制造有關(guān)。本文以∮3mxllm磨機(jī)為例，對其大齒圈結(jié)合面結(jié)構(gòu)的改進(jìn)作一介紹。
2、原因分析
    改進(jìn)前齒圈對接結(jié)合面結(jié)構(gòu)見圖1所示。
    其結(jié)構(gòu)存在以下問題：
    1)結(jié)合面接觸面積過大，加工時(shí)不易達(dá)到較高的平面精度，故而很難保證齒根處結(jié)合面緊密貼合。尤其在使用中，大齒圈內(nèi)外圓存在一定的溫度差，在溫度應(yīng)力的作用下，加劇了齒根處結(jié)合面的開口。
    2)在結(jié)合面部位，輪齒嚙合時(shí)的振動(dòng)和噪聲是由于結(jié)合面處開口、輪齒節(jié)距發(fā)生變化引起的。
    3)啞鈴銷和銷孔的設(shè)計(jì)和加工。啞鈴銷的結(jié)構(gòu)見圖2。啞鈴銷和銷孔設(shè)計(jì)為過渡配合，起到軸向和徑向的定位作用。但啞鈴銷的功能卻與加工質(zhì)量有關(guān)，若加工成過盈配合，則勢必助長結(jié)合面開口，加大連接螺栓的負(fù)荷；若加工成間隙配合，定位效果差，結(jié)合面就會(huì)錯(cuò)位。在實(shí)際制造時(shí)，為保證定位效果，大多將啞鈴銷和銷孔加工成過盈配合，故而結(jié)合面易開口，連接螺栓易斷，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
    4)連接螺母為普通型，沒有防松措施，在運(yùn)轉(zhuǎn)中易松動(dòng)，螺栓易折斷。
3、改進(jìn)措施
    根據(jù)上述分析，我們對齒圈對接結(jié)合面結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后結(jié)合面結(jié)構(gòu)如圖3所示。
    1)減少齒圈對接結(jié)合面接觸面積，保證接觸質(zhì)量。新設(shè)計(jì)的齒圈對接結(jié)合面僅在輪緣部分接觸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)一是接觸面積較小，便于保證加工質(zhì)量；二是在螺栓擰緊時(shí)，結(jié)合面產(chǎn)生一定變形，使接觸部分的單位壓力變大，齒圈輪緣處結(jié)合面更易于嚴(yán)密接觸，而難以張口。另外，在齒輪內(nèi)法蘭處均留有間隙（止口處4mm，法蘭處0.6mm），不但防止磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中溫差應(yīng)力作用給齒圈帶來的張口現(xiàn)象，有效保證齒圈嚴(yán)密接觸，而且還避免溫差應(yīng)力使連接螺栓負(fù)荷加大、拉斷螺栓的情況發(fā)生。
    2)減小齒圈對接結(jié)合面處的輪齒節(jié)距0.3mm，保證此處輪齒嚙合的穩(wěn)定性。磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于受熱、受力變形等影響，結(jié)合面處輪齒節(jié)距比初裝時(shí)要大，從而在嚙合時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。新設(shè)計(jì)要求齒圈對接結(jié)合面處的輪齒節(jié)距減小0.3mm，具體實(shí)現(xiàn)方法是，大齒圈滾齒加工前在結(jié)合面處加墊0.3 mm厚的銅皮，滾齒加工后再去除。這樣，當(dāng)磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于熱膨脹，結(jié)合面處輪齒節(jié)距剛好因加大而與其它輪齒節(jié)距相等，避免了因齒圈在此處的節(jié)距誤差產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊現(xiàn)象。
    3)外圈采用長螺柱連接。外圈螺栓受力最大，易于拉斷。改用長螺柱連接后，連接螺紋遠(yuǎn)離結(jié)合面，增加了螺栓的柔性和彈性，使其不易斷裂。
    4)改進(jìn)螺栓設(shè)計(jì)，減小應(yīng)力集中。里圈螺栓受力較小，仍采用普通螺栓連接，但螺栓頭部過渡圓角增大為R2.5，粗糙度提高到Ral.6；改進(jìn)工藝，確保加工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以降低螺栓頭處的應(yīng)力集中。同時(shí)，在螺栓頭部墊上大墊圈，避免螺栓在過渡圓角處不均勻接觸，形成受力不均的情況。
    5)設(shè)計(jì)專用螺母，防止連接松脫。特殊設(shè)計(jì)防松螺母見圖4，第1個(gè)螺母制成凹錐孔形式，第2個(gè)為鎖緊螺母，帶同樣錐度的外圓錐面，并開3mm的缺口，以使其容易變形。當(dāng)鎖緊螺母插入第1個(gè)螺母的凹錐孔中，螺紋收緊，起到防松的效果。
    6)采用圓錐銷定位，取消啞鈴銷。從上述分析看，只要對接螺栓能把緊，齒圈結(jié)合面就可以緊密貼合。而且啞鈴定位銷加工要求精度高，如果加工不到位，反而不利于對接螺栓的把緊，也無法起到很好的定位效果。因此，在權(quán)衡之后，我們廢除啞鈴銷定位，改用圓錐銷定位，定位目的足以達(dá)到，并且該結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。
4、結(jié)束語
    自2001年以來，上述設(shè)計(jì)已普遍應(yīng)用于我廠∮3m其他系列磨機(jī)上，投入使用的50余臺(tái)磨機(jī)，至今未發(fā)生一起齒圈結(jié)合面的結(jié)合故障。