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Ø3m系列磨机大齿圈结合面结构的改进
发布时间：2013-06-21 10:49 来源：未知
1、问题的提出
我厂于1996年开始生产的∮3m系列磨机大齿圈，在实际使用中经常出现连接螺栓断裂、螺母松脱、结合面开口而无法收紧以及结合面处轮齿啮合振动大、噪声高等不良现象，严重制约了球磨机运转率和台时产量的提高。经过详细的观察、分析和研究，发现上述种种问题均与齿圈对接结合面的设计和制造有关。本文以∮3mxllm磨机为例，对其大齿圈结合面结构的改进作一介绍。
2、原因分析
改进前齿圈对接结合面结构见图1所示。
其结构存在以下问题：
1)结合面接触面积过大，加工时不易达到较高的平面精度，故而很难保证齿根处结合面紧密贴合。尤其在使用中，大齿圈内外圆存在一定的温度差，在温度应力的作用下，加剧了齿根处结合面的开口。
2)在结合面部位，轮齿啮合时的振动和噪声是由于结合面处开口、轮齿节距发生变化引起的。
3)哑铃销和销孔的设计和加工。哑铃销的结构见图2。哑铃销和销孔设计为过渡配合，起到轴向和径向的定位作用。但哑铃销的功能却与加工质量有关，若加工成过盈配合，则势必助长结合面开口，加大连接螺栓的负荷；若加工成间隙配合，定位效果差，结合面就会错位。在实际制造时，为保证定位效果，大多将哑铃销和销孔加工成过盈配合，故而结合面易开口，连接螺栓易断，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
4)连接螺母为普通型，没有防松措施，在运转中易松动，螺栓易折断。
3、改进措施
根据上述分析，我们对齿圈对接结合面结构进行改进。改进后结合面结构如图3所示。
1)减少齿圈对接结合面接触面积，保证接触质量。新设计的齿圈对接结合面仅在轮缘部分接触。这种结构的优点一是接触面积较小，便于保证加工质量；二是在螺栓拧紧时，结合面产生一定变形，使接触部分的单位压力变大，齿圈轮缘处结合面更易于严密接触，而难以张口。另外，在齿轮内法兰处均留有间隙（止口处4mm，法兰处0.6mm），不但防止磨机运转中温差应力作用给齿圈带来的张口现象，有效保证齿圈严密接触，而且还避免温差应力使连接螺栓负荷加大、拉断螺栓的情况发生。
2)减小齿圈对接结合面处的轮齿节距0.3mm，保证此处轮齿啮合的稳定性。磨机运转时，由于受热、受力变形等影响，结合面处轮齿节距比初装时要大，从而在啮合时产生振动和噪声。新设计要求齿圈对接结合面处的轮齿节距减小0.3mm，具体实现方法是，大齿圈滚齿加工前在结合面处加垫0.3 mm厚的铜皮，滚齿加工后再去除。这样，当磨机正常运转时，由于热膨胀，结合面处轮齿节距刚好因加大而与其它轮齿节距相等，避免了因齿圈在此处的节距误差产生振动和冲击现象。
3)外圈采用长螺柱连接。外圈螺栓受力最大，易于拉断。改用长螺柱连接后，连接螺纹远离结合面，增加了螺栓的柔性和弹性，使其不易断裂。
4)改进螺栓设计，减小应力集中。里圈螺栓受力较小，仍采用普通螺栓连接，但螺栓头部过渡圆角增大为R2.5，粗糙度提高到Ral.6；改进工艺，确保加工质量达到设计要求，以降低螺栓头处的应力集中。同时，在螺栓头部垫上大垫圈，避免螺栓在过渡圆角处不均匀接触，形成受力不均的情况。
5)设计专用螺母，防止连接松脱。特殊设计防松螺母见图4，第1个螺母制成凹锥孔形式，第2个为锁紧螺母，带同样锥度的外圆锥面，并开3mm的缺口，以使其容易变形。当锁紧螺母插入第1个螺母的凹锥孔中，螺纹收紧，起到防松的效果。
6)采用圆锥销定位，取消哑铃销。从上述分析看，只要对接螺栓能把紧，齿圈结合面就可以紧密贴合。而且哑铃定位销加工要求精度高，如果加工不到位，反而不利于对接螺栓的把紧，也无法起到很好的定位效果。因此，在权衡之后，我们废除哑铃销定位，改用圆锥销定位，定位目的足以达到，并且该结构简单，加工容易。
4、结束语
自2001年以来，上述设计已普遍应用于我厂∮3m其他系列磨机上，投入使用的50余台磨机，至今未发生一起齿圈结合面的结合故障。
