蝸輪蝸桿升降機的結構優化

摘 要：蝸輪蝸桿升降機是一種基礎升降設備，應用廣泛，使用環境各異。市面上現有的升降機，應用于高溫、多塵、潮濕、防塵措施極易失效的惡劣環境中，設備故障率高的原因，對現有機型結構進行分析，并針對性的對升降機的結構進行優化改進，提高升降機在惡劣環境中的穩定性與可靠性，同時降低設備的故障率。

關鍵詞：蝸輪蝸桿 升降機 結構優化

在冶金行業無縫鋼管精整線中，廣泛的應用六輥矯直機對鋼管進行矯直，為了適應不同規格鋼管的矯直，矯直輥孔型應能適應不同規格的鋼管，即孔型可調。目前主流的六輥矯直機，其輥系調整機構如圖（輥系調整機構）所示，輥系調整機構中，應用蝸輪蝸桿升降機，對矯直輥進行角度調整，蝸輪蝸桿升降機固定在擺動座上，絲桿的一端與轉耳鉸鏈聯接，轉耳固定在輥盤上，升降機通過電機帶動，使絲桿伸縮運動，從而帶動輥盤轉動，調整矯直輥角度，對孔型進行調整，其機構原理示意圖如圖（機構示意圖）所示，若桿一對輪盤作用一個力F，由于F非輪盤切向力，必對輪盤徑向產生一個作用力F2，因此輪盤對桿一產生一個反作用力Fn，反作用力Fn可分解為對桿一的軸向力Fn1和徑向力Fn2 ，因此，工作過程中，蝸輪蝸桿升降機的絲桿不僅受有軸向力，同時受到非軸向力的作用。絲桿做伸縮運動，固對絲桿采用橡膠波紋防塵套，由于絲桿位于輥邊上，矯直機常對高溫管熱矯，在高溫、多渣、水淋的環境下，防塵套極易破壞失效，進而導致升降機故障。

1.現有機型結構及其存在的缺陷：

目前，市面上的蝸輪蝸桿升降機（例如：QWL10M-1-A-Ⅲ-b-800；JB/T8809-1998），結構型式如圖（現有機型結構）所示，內部結構如圖（現有機型內部剖視圖）所示，蝸輪靠兩個推力軸承定位承力，絲桿穿蝸輪（蝸輪中部帶絲牙）中心過，由于蝸輪為銅材質，設計中考慮到成本原因，蝸輪在保證強度下，盡量用料要少，固蝸輪成扁平狀，絲桿與蝸輪的接觸絲長即蝸輪的寬度。由于接觸絲長很短，因此在殼體兩端各設置一個支撐套對絲桿起對中支撐作用，保證絲桿與蝸輪工作過程中的同軸度。此結構存在以下缺陷：

1.1.支撐套內孔易磨損擴大。絲桿與蝸輪的螺紋配合處為間隙配合，工作中絲桿受有非軸向力作用下，絲桿軸中線偏斜于蝸輪軸中線，壓在支撐套內圓面，與支撐套發生相對轉動而產生磨擦，頻繁工作中，支撐套內圓面易磨損擴大。支撐套磨損擴大后，絲桿軸中線偏斜蝸輪軸中線的角度將越來越大，蝸輪兩側的推力球軸承受力的不均勻性也越來越大，導致推力球軸承的壽命大大降低。在絲桿防塵套失效的情況下，絲桿表面涂有潤滑脂，周圍環境中的塵渣，極易粘附在絲桿表面上，更加劇了支撐套的磨損。

1.2.絲桿支撐套型式蝸輪蝸桿升降機，極易導致殼體內部受到污染，大大降低升降機的壽命。如圖（現有機型內部剖視圖），現場使用環境惡劣，絲桿防塵套易損，且絲桿表面帶有潤滑脂，設備工作過程中，周圍環境中的污染源（例如鋼管矯直過程中脫落的高溫氧化鐵皮渣）落在絲桿上，粘附其絲桿螺紋的溝槽內及表面上，升降機一旦工作，粘附的污染源隨絲桿伸縮，將污染源從支撐套與絲桿間的間隙進入殼體內部，接著如圖（現有機型內部剖視圖）中圓圈標記處所示，絲桿外螺紋與蝸輪內螺紋咬入過程，蝸輪端面的絲牙不斷的刮落絲桿螺紋溝槽及表面上的污染源，這樣一來，絲桿上粘附的污染源，大部分都掉落于殼體內部，對殼體內部造成嚴重的污染，導致升降機的壽命及穩定性大打折扣。

2.針對現有機型結構存在的缺陷，進行如下優化改進，如圖（優化機型結構及優化機型內部剖視圖）：

2.1.加大了蝸輪的寬度，即加長了絲桿與蝸輪的接觸絲長，由于接觸絲長的加大，蝸輪本身就能對絲桿起到足夠的對中支撐的效果，故而取消了支撐套，避免了支撐套存在的磨損帶來的系列不利影響。如圖（優化機型內部剖視圖）所示，新的蝸輪寬度端面，略超出壓蓋三的外側面，這樣的好處在于，絲桿外螺紋與蝸輪內螺紋咬入過程中，由于蝸輪端面絲牙對絲桿絲牙溝槽表面的刮擦，刮落的粘附于絲桿上的污染源，掉落于殼體的外部，避免了現有機型絲桿將污染源直接帶入殼體內部的危害，保證殼體內的清潔潤滑，從而提高了升降機的壽命及穩定性。

2.2.在蝸輪的兩端增加了一對深溝球軸承。由于蝸輪的寬度增加，取消了支撐套，固絲桿所受的非軸向力完全作用于蝸輪上。通過對蝸輪兩端增加一對深溝球軸承，將來自絲桿的非軸向力通過蝸輪與深溝球軸承導向殼體，避免了非軸向力的存在對推力球軸承產生的受力不均，改善了推力球軸承的受力狀況。同時，深溝球軸承的增加，對于蝸桿蝸輪副的中心定位更加的穩定，也一定程度上改善了蝸桿蝸輪副的工作狀況。

3.結束語

新型結構型式的升降機通過在六輥鋼管矯直機上的試用情況看，優化后的新型結構型式，有針對性的改進了現有機型結構存在的缺陷，改善了蝸輪蝸桿升降機各部件的工作狀況，提高了升降機對惡劣環境的適應能力，尤其提高了升降機在多塵、潮濕、高溫環境下的穩定性及可靠性。對于現代化的鋼鐵生產流水線，大大提高了生產連續性，有效降低了設備的停機時間，同時，降低了鉗工的勞動強度。