基于變?cè)ǖ臋C(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)抗磨損設(shè)計(jì)及優(yōu)化

徐 杰

（上海冠卓企業(yè)發(fā)展有限公司，上海201508）

0 引言

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極具創(chuàng)新力的工作，有利于國(guó)家的發(fā)展，好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能提高機(jī)械的工作效率，還能帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

1 變?cè)?/h2>

機(jī)械設(shè)計(jì)中的最主要環(huán)節(jié)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即將機(jī)械工作原理變成技術(shù)圖紙。變?cè)ㄗ钤鐏?lái)自于德國(guó)，劉揚(yáng)松［1］對(duì)變?cè)ㄗ髁搜a(bǔ)充和改寫(xiě)，變?cè)ㄟ\(yùn)用范圍較廣，應(yīng)用其進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定一種基本結(jié)構(gòu)方案，然后進(jìn)行多種結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)。變?cè)ㄖ饕C(jī)械結(jié)構(gòu)的變?cè)屯ㄟ^(guò)對(duì)這些變?cè)膭?chuàng)造性改造設(shè)計(jì)出不同的結(jié)構(gòu)方案。

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)變?cè)?/h3>

機(jī)械結(jié)構(gòu)的變?cè)饕〝?shù)量變?cè)?、形狀變?cè)⒉牧献冊(cè)⑽恢米冊(cè)?、連接變?cè)?、尺寸變?cè)凸に囎冊(cè)?個(gè)方面。各變?cè)氐闹饕淖円蜃尤绫?所示。

表1 各變?cè)氐闹饕淖円蜃?/p>

1.2 不同結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)造及原則

設(shè)計(jì)者可根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的性能和特點(diǎn)，結(jié)合自身所學(xué)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，靈活地利用變?cè)\(yùn)用創(chuàng)造性思維，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的八大準(zhǔn)則創(chuàng)造設(shè)計(jì)出不同的結(jié)構(gòu)方案。八大準(zhǔn)則包括遵循力學(xué)、工藝、材料、裝配、防腐蝕、公差配合、支承和安全與外觀準(zhǔn)則。

2 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)抗磨損設(shè)計(jì)要點(diǎn)

傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是機(jī)械設(shè)備核心組成部分，具有動(dòng)能有效傳輸?shù)墓δ?，支持著結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。而磨損是傳動(dòng)中的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，因此，對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要以抗磨損改造為目的，制定出相應(yīng)的方案。通常情況下包括鏈傳動(dòng)的抗磨損設(shè)計(jì)和齒輪傳動(dòng)的抗磨損設(shè)計(jì)。

2.1 鏈傳動(dòng)的抗磨損設(shè)計(jì)要點(diǎn)

防止高速傳動(dòng)過(guò)程中由于鏈傳動(dòng)磨損造成的較大噪聲和較強(qiáng)振動(dòng)導(dǎo)致鏈條突然斷裂，減輕鏈與鏈輪嚙合時(shí)的沖擊，避免鏈條鉸鏈的磨損造成跳齒和脫鏈現(xiàn)象。通常從鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)距、中心距和鏈長(zhǎng)的改造入手。

2.1.1 鏈輪齒數(shù)

鏈輪齒數(shù)的確定通常有兩種辦法，分別根據(jù)鏈傳動(dòng)所承擔(dān)的荷載大小并結(jié)合鏈輪型號(hào)的規(guī)定進(jìn)行。大鏈輪，齒數(shù)相對(duì)較少，增強(qiáng)了鏈條、齒輪的配合力；小鏈輪，齒數(shù)相對(duì)較多，這樣才能保證鏈傳動(dòng)的平穩(wěn)性，降低鏈傳動(dòng)的動(dòng)荷載。一般鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)，鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)，并不采用過(guò)渡接頭的組裝方式。

2.1.2 鏈條節(jié)距

理論情況下鏈傳動(dòng)隨著節(jié)距的增大整個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)荷載能力變好，但實(shí)際卻是節(jié)距越大，鏈輪荷載力受到的沖擊越大，因此，需要盡量選擇節(jié)距較小的鏈條，并且小節(jié)距多排鏈比大節(jié)距單排鏈效果好。

2.1.3 中心距及鏈長(zhǎng)

為了降低鏈條和鏈輪相互間的摩擦力，提高機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)行效率，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要合理控制中心距和鏈長(zhǎng)，通常中心距a＝（30～50）p≤80p。鏈長(zhǎng)通常用計(jì)算公式計(jì)算出所需的鏈節(jié)數(shù)（整數(shù)，且為偶數(shù)）表示。

2.2 齒輪傳動(dòng)的抗磨損設(shè)計(jì)要點(diǎn)

兩個(gè)直徑不同的齒輪在嚙合過(guò)程中可能出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，對(duì)設(shè)備的操控性能帶來(lái)?yè)p害。齒輪傳動(dòng)的重要參數(shù)主要包括輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓等，其優(yōu)化設(shè)計(jì)包括對(duì)閉式齒輪傳動(dòng)及開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)改造。兩者均主要從降低齒輪表面溫度的角度來(lái)減少磨損的發(fā)生，如選用具有較高強(qiáng)度的金屬制作材料，使齒根具有良好強(qiáng)度，不會(huì)由于受熱而發(fā)生彎曲。

3 優(yōu)化及評(píng)價(jià)方法

通常采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、社會(huì)效益、工藝性、可操作性、維修性和安全性等進(jìn)行比較，從所有備選方案中選出最優(yōu)方案。因此，可以構(gòu)建重要零件或機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，其結(jié)果較為真實(shí)，可作為完善與改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，最后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)化。數(shù)學(xué)模型一般對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的數(shù)量變?cè)?、尺寸變?cè)M(jìn)行直接描述，其他變?cè)獌H間接描述或不描述，因此，也不能過(guò)于依賴數(shù)學(xué)模型，還可通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)與有限元分析對(duì)結(jié)構(gòu)中重要零部件或機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合性分析。

4 某洗煤廠Q:MD"#!／"!!!型壓濾機(jī)拉板傳動(dòng)鏈輪改造設(shè)計(jì)

4.1 傳動(dòng)鏈運(yùn)行現(xiàn)狀

XMZG120／1000型廂式壓濾機(jī)能對(duì)大量含細(xì)精煤粉煤漿有效脫水，電機(jī)功率為5.5kW，鏈速在8～25m／s之間，拉板為液壓馬達(dá)鏈傳動(dòng)。在洗煤廠的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)原傳動(dòng)鏈條和傳動(dòng)齒輪均使用了非標(biāo)準(zhǔn)件，拉板鏈條節(jié)距較大，與鏈速不匹配，存在打滑現(xiàn)象，而煤泥水對(duì)鏈條腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重并出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

4.2 改造設(shè)計(jì)方法

除嚴(yán)格控制拉板變形、壓密不嚴(yán)與濾布破損，加強(qiáng)煤泥水清理、濾布沖洗更換及鏈條防護(hù)外，還應(yīng)對(duì)原鏈條進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距改造（尺寸變?cè)?，根?jù)鏈條節(jié)距的標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈輪，確定標(biāo)準(zhǔn)鏈輪尺寸，以滿足洗煤廠的使用要求，減少磨損和打滑等現(xiàn)象。

4.3 相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》齒輪齒數(shù)選擇表確定出XMZG120／1000型廂式壓濾機(jī)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的齒數(shù)均為25。

（2）根據(jù)傳動(dòng)比i＝1＜1.5，和中心距a＝6 000mm＞60p，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得出鏈條節(jié)數(shù)為498。

（3）在選用單排鏈的基礎(chǔ)上，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》多排鏈系數(shù)表，最終確定傳動(dòng)鏈鏈號(hào)為16A，鏈節(jié)距為25.4。

（4）改造后核算評(píng)價(jià)包括對(duì)中心距和鏈速的驗(yàn)算，最終證明該設(shè)計(jì)是合理并符合要求的。

（5）齒頂圓直徑da＝P（0.54＋ctg180°／Z），此傳動(dòng)鏈所需尺寸大小為214.77mm。節(jié)圓直徑d′＝P／sin180°／Z，計(jì)算結(jié)果為202.665mm。齒根圓直徑df＝d′－dr，其中dr為滾子外徑，15.88mm，計(jì)算結(jié)果為186.785mm。最大齒根距離Lx＝d′cos90°／Z－dr＝186.385mm。齒側(cè)凸緣最大直徑計(jì)算：dh＝P（ctg180°／Z－1）－0.80＝174.93mm。

（6）鏈輪齒形應(yīng)保證鏈節(jié)平穩(wěn)而自由進(jìn)出嚙合，便于加工，并符合GB1244—85規(guī)定齒形。鏈輪材料應(yīng)有足夠接觸強(qiáng)度和耐磨性（材料變?cè)０存溳啈?yīng)用范圍查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中鏈輪常用材料表，取40!，熱處理后硬度40～50HRC。

4.4 改造效果

在此后的運(yùn)行中，故障時(shí)間平均縮短了5～10min，節(jié)省損失200萬(wàn)元左右。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)傳動(dòng)鏈的抗磨損創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)予以相應(yīng)改造，能夠明顯提高機(jī)械的安全系數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能以及生產(chǎn)質(zhì)量等。對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)而言，抗磨損設(shè)計(jì)屬于常見(jiàn)的、典型的改造手段，因而設(shè)計(jì)人員有必要結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)本身的性能和特點(diǎn)，充分做好抗磨損結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造工作。在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，我們必須不斷進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，提高機(jī)械的安全系數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能以及生產(chǎn)質(zhì)量等，使機(jī)械更加優(yōu)化。

［1］劉揚(yáng)松.機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其優(yōu)化［J］.石油機(jī)械，2000（2）