摘要：针对三车翻车机低速重载传动系统由于载荷大、冲击重、转速低、工作环境恶劣，常发生断齿现象的工作特点，运用反求设计变换原理，提出一种低速重载开式齿轮的反求设计方法。通过实物反求设计，将德拉芙翻车机低速重载开式齿轮副参数设计国产化，延长了齿轮副的使用寿命和部件更换期。关键词：三车翻车机；传动系统；低速重载；反求设计中图分类号：U653.92 文献标识码：B反求设计是从已知事物的有关信息(硬件、软件、图文信息等)中寻求其科学性、技术性、经济性，回溯这些信息的科学依据，充分消化和吸收，在此基础上进行再创造的创新设计。从工程技术角度来看，反求设计对象类别综合起来可分为实物反求和技术资料反求。实物反求是指在已存在机械设备、产品的条件下进行反求，属于硬件引进模式，以应用或扩大生产能力为主要目的，将实物提供的技术与相关信息进行分析比较，准确掌握实物提供技术的优缺点，进而用“同性异形机构”替代变换原理，对实物技术进行改进挖潜和再创造变换，开发出更先进的实物技术，是一个认识实物和再现实物或创造性地再现实物的过程。1 反求对象的技术背景秦皇岛港使用的O型不摘钩三车翻车机由美国德拉芙公司设计，作为码头卸煤的关键设备，其翻卸平台全长36 ，两端环间距24 ，端环外缘直径9.8 ，每端环外缘的环轨均支撑在两组托轮之上，如图1所示，采用双电机动力输入,分别经减速器减速，利用减速器输出轴侧开式小齿轮与转子两端端环外缘上的驱动大齿圈的啮合使转子转动，实现物料的翻卸。齿轮是整套机械传动系统中的关键部件,受材质、加工精度、热处理工艺、几何参数、工况等因素的影响,端部开式齿轮有较严重的磨粒磨损，使轮齿齿厚减薄造成轮齿折断失效。1 火车车厢 ；2 翻车机转子主体；3 托轮；4 减速器输出轴侧开式齿轮；5 端环环轨；6 驱动齿圈图1 三车翻车机工作图2 原齿轮副参数的反求分析为彻底解决转子式三车翻车机传动系统低速重载开式齿轮副在应用中出现的问题，对大、小齿轮实施国产化改造工程。对传动系统开式齿轮副进行实地测绘，提出技术改造方案，根据测绘的数据和翻车机工作技术条件、规格和要求设计制造国产化齿轮副。设计人员在收集有关图纸和资料的基础上，实地对齿轮副进行几何尺寸测绘和分析，原齿轮副采用美国齿轮标准，换算成模数制，原齿轮副的参数列于表1。表1 原齿轮副与新齿轮副参数对比 新 齿 轮原 齿 轮大齿轮小齿轮大齿轮小齿轮外圆直径Φ10050.42Φ575.36Φ10058.47Φ539.62材质34CrNiMo20CrNi4合金铸钢20CrNiMo模数252521.614721.6147齿数4002146423压力角20°20°25°25°螺旋角10.5°10.5°10°10°硬度感应淬火HB350-376齿面渗碳HRC56-62 渗碳层深度Ra3.22.2-2.5 粗糙度 Ra1.6 中心距5262.55263.17传动比19.047620.17393 低速重载开式齿轮副的反求设计提出的低速重载开式齿轮副反求设计应满足的条件是：不改变翻车机传动系统的功能和与低速重载开式齿轮副的联接尺寸。齿轮必须为硬齿面齿轮，大、小齿轮均采用硬齿面技术，采用优质高强度齿轮钢锻件，高精度磨齿，渗碳淬火，齿轮参数及结构均经过计算机优化设计。全部齿轮齿廓、齿长均修形，小齿轮螺旋线修正，磨齿加工，齿轮精度等级按硬齿面的技术要求取为GB/T10095-1988的6级。硬齿面齿轮的综合承载能力为中硬齿面调质齿轮及软齿轮的3～5倍，噪声低，传动效率及可靠性高。3.1 设计措施为方便备件生产和维修，可降低制造成本，设计中应采用中国齿轮标准，因此首先要将美国齿轮标准换成中国齿轮标准。（1）解决断齿问题。在创新设计中，采用增大齿轮模数和正变位方法，用来提高轮齿的弯曲强度，解决齿轮副的断齿问题。（2）解决点蚀、胶合问题。小齿轮材质采用优质合金渗碳钢20CrNi4，大齿轮材质采用34CrNiMo，粗铣齿后调质处理。提高齿面粗糙度、提高齿面硬度后可提高耐磨性、减小磨损、确保大小齿轮的使用寿命达到要求，齿轮精度按国标7-7-6制造。（3）满足原翻车机齿轮副传动的地基基础及大小齿轮与相关部件装配联接尺寸，基本不改变原齿轮副的中心距。（4）预先做出大、小齿轮的设计模型，进行实际啮合试验，确认啮合情况。（5）基本设计参数。大齿轮齿顶圆直径原为Φ10058.47 mm，新设计为Φ10050.42，直径减小8.05 mm，传动比i＝20.1739，新设计传动比i＝19.0476。理论上开式齿轮应计算磨损寿命，但目前尚无这方面公认可行的计算方法，以计算轮齿磨损后的抗弯强度来保证开式齿轮的承载能力，对于低速重载情况，同时进行齿面接触强度计算。齿轮副的弯曲强度安全系数： （1）式中：SF--弯曲强度安全系数；--齿轮材料的弯曲疲劳强度基本值，；--齿轮材料的弯曲疲劳强度计算值，；YN--弯曲强度计算的寿命系数；--相对齿根圆角敏感性系数；--相对表面状况系数；YX--弯曲强度计算的尺寸系数。经计算得：大齿轮，小齿轮。齿轮副的接触强度安全系数： （2）式中： SH--接触强度安全系数；--试验齿轮的接触疲劳极限应力，；--齿轮材料的弯曲接触强度计算值，；ZN--接触强度计算的寿命系数；ZLVR--润滑油膜影响系数；ZW--工作硬化系数；ZX--接触强度计算的尺寸系数。经计算得：大齿轮，小齿轮。齿轮设计寿命：大齿轮8年，小齿轮5年。齿轮表面质量：齿面粗糙度小齿轮1.6，大齿轮3.2 ；齿面硬度小齿轮HRC58，大齿轮HB350-376。设计依据标准：GB/T10095-1988。3.2 工艺措施（1）小齿轮加工工艺。为达到设计图样的齿面硬度、粗糙度等的技术要求，采用了渗碳淬火后精刮齿的加工工艺，加工后对小齿轮的齿端进行修形，以改善啮合性能。（2）对开大齿轮的加工工艺。采用粗加工后调质、粗铣齿后回火加工工艺来提高大齿轮的材料机械性能。为确保加工精度，选用了高精度机床及A级滚刀加工。因变位系数大，为使齿轮切削能够充分的辗成，在没有加长滚刀的情况下，采用串刀铣削法避免了大齿轮不完全切削现象。在齿轮滚齿后，在外圆及基准端面上，车出供安装找正用的检验带，作为安装基准。（3）对滚试验。大齿轮加工后，以刀轴支承架的把合面为基准面，将小齿轮吊起靠严，与大齿轮啮合检查测量齿轮副的实际中心距，进行试运转以检验齿轮副的啮合情况。（4）试验件的制作与啮合试验。做出模数3，齿数与变位系数与原大、小齿轮相同的两个齿轮模型，在试验台上进行啮合试验，确认传动平稳、啮合情况良好。4 新齿轮副的安装、调试检测及试车4.1 安装将原齿轮拆下，安装新齿轮副，起吊工作是非常重要的一个环节。将2个50 千斤顶支于翻车机底梁根部，再用工字钢固定转子圆盘两端，然后拆卸齿轮联轴器，使驱动小齿轮与转子圆盘大齿轮弧形齿条脱离。旧大齿轮拆下后、发现定位销只有两个，根据国内大齿轮安装经验及新齿轮的设计情况，研究决定改为4个定位销。新齿轮的52个把合孔用样板严格控制孔距，因此在安装、把合时进行的非常顺利。4.2 调试按常规大齿轮找正后才装入小齿轮进行传动。以防止小齿轮传动给大齿轮找正增加误差。在转体内总重量大于100 的实际情况，利用小齿轮的慢速盘车进行大齿轮的找正。大齿轮的径向跳动采用千斤顶调整。即在转体与大齿轮轮缘之间均布4个千斤顶进行找圆线。大齿轮的轴向，径向跳动值仅进行三次调整即达到合格。4.3 检测装配后大齿轮的圆跳动偏差不大于0.5mm，端面跳动偏差不大于0.63mm。大齿轮的法兰结合面间隙周边均为0.08mm塞尺不入。齿侧间隙平均为4.2mm，齿顶间隙平均为8.76mm，齿轮的啮合齿长达90%，齿高达50%，接触位置在节圆附近，啮合情况良好。4.4 试车运行情况从试车运动情况看，运转平稳、传动无异声。与其他翻车机比较，齿面温度低、噪声小、轴承振动情况等达理想状态。可见该齿轮副加工精度高、齿轮啮合情况好、安装调试各部配合恰当，传动部分同心度误差小，总体质量良好。5 结论德拉芙翻车机低速重载开式齿轮副，在我国未曾制造过，没有掌握这种齿轮副的关键制造技术。在这种齿轮副反求设计中，设计人员通过对原齿轮副实物的测绘、齿轮标准的转化及对有关资料的分析，获得了原齿轮副的主要参数，在此基础上提出了适合国情的创新设计方法、材料选配和制造工艺方案。最终使德拉芙翻车机低速重载开式齿轮副实物反求设计及制造获得成功。新齿轮副设计合理、加工精度高、啮合情况良好，安装调试各部配合恰当，在线运转平稳，温升、噪声等指标优于原齿轮副，无异音和异常现象。新齿轮副已经安全运行一年多，增加了翻车机的运行台时，减少了停机时间，延长了齿轮副的使用寿命和部件更换期，经济效益和社会效益十分可观。参考文献[1] 齿轮手册编委会. 齿轮手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000. [2] 曲继方, 安子军, 曲志刚.机构创新原理[M]. 北京: 科学出版社, 2001. [3] 杨宏, 魏欣. 提高冶金设备低速重载齿轮寿命的探讨[J]. 重型机械. 建议:中国机械工程学会机械设计学会
温馨提示：答案为网友推荐，仅供参考
第1个回答 2022-10-17
大连三峰港口机械设备有限公司创建于2001年，中文简称大连三峰，英文简称“DSPC”，是大型散料装卸设备专业制造商，在翻车机卸车系统领域处于国际领先水平，是大连市高新技术企业。公司设有一个技术中心和一个制造基地，拥有专业的技术团队和专业的工艺装备。多年来，我们已经为国内外的港口、电力、冶金、物流等用户提供了大量优质的设备，并以技术先进、制造专业、服务到位获得广泛赞誉。