某輪胎公司開煉機齒輪箱異響分析

王勇　趙文瑜

摘要：開煉機齒輪箱在客戶某輪胎公司安裝調試時空載試車存在異響，技術人員通過現場查看并進行理論分析，認為產生異響的原因是由于齒輪箱與主機軸之間使用十字軸萬向聯軸器。

關鍵詞：開煉機；齒輪箱；異響；十字軸萬向聯軸器；輪胎公司 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ330 文章編號：1009-2374（2015）18-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.042

開放式煉膠機（簡稱開煉機）是橡膠廠的主要設備之一，在輪胎公司被大量使用，和密煉式煉膠機、擠出壓片機組煉膠機、單螺桿煉膠機是主要的四大煉膠設備。開煉機一般會被作為密煉機的下附機使用，也可能由5～7臺開煉機組成開煉機群。開煉機一般由電機、齒輪箱和開練主機組成。我公司生產的XSK型開煉機齒輪箱是為開煉機配套的齒輪箱，是開煉機系統的傳動機構。XSK型開煉機齒輪箱采用平行圓柱齒輪減速的傳動形式，輸入軸通過彈性聯軸器與電機軸相聯，由電機驅動，經過二～四級平行軸齒輪減速，輸出軸Ⅰ得到輸出轉速n1，再經過兩輸出軸之間齒輪的減速與功率分流，輸出軸Ⅱ得到輸出轉速n2，兩輸出軸分別通過聯軸器把動力傳遞給開煉機滾筒。

1 發現問題

我公司生產的XSK660開煉機齒輪箱在某輪胎公司開練車間安裝調試時，空載試車存在異響。我公司技術人員在現場查看判斷異響聲來自開煉機齒輪箱輸出齒輪副，發現滾筒每轉一周，該齒輪副會出現一次異常聲。該齒輪箱與滾筒之間采用十字軸萬向聯軸器聯接，為雙輸出結構。經過現場查看并查閱相關資料，確定該異響由十字軸萬向聯軸器引起。

2 原因分析

開煉機齒輪箱通常按如下步驟進行安裝：在減速機輸入軸、輸出軸端面上劃出中垂線，打樣沖眼減速機就位，保證減速機輸入軸、輸出軸端面中垂線與基礎軸向中心線重合。在減速機基準面上用水平儀校正水平，水平度允許誤差為±0.04mm/m。找正可在箱體底面與基礎面之間加墊塊（片）或斜鐵調整，墊塊在高度方向最好不要超過兩塊，墊塊為了不引起箱體變形，應在地腳螺栓兩側對稱排列。校正水平后，減速機輸入軸對電機軸，輸出軸對轉子軸應嚴格對中，在軸線和徑向兩個方向的同軸度都必須滿足上述要求。優良的軸線和徑向對中，就能得到聯軸器優良的性能和長久的機械壽命，減速機和電機工作更加平穩，功耗最小。擰緊全部地腳螺栓，在此過程中要保證減速機不再移動。具體操作為將百分表固定在安裝基礎上，表頭測量附近的減速機座表面，擰緊地腳螺栓過程中觀察百分表是否發生改變，如發生改變，說明基礎不平或墊塊沒有墊好，應重新校正。輸入聯軸器必須要留有6mm左右軸向間隙，輸出聯軸器內外齒在寬度方向對中。

萬向聯軸器使用自身機構的特點，使得兩根軸不在同一軸線上，存在軸線夾角的情況下能實現所聯接的兩軸連續回轉，并有效可靠地傳遞轉矩和運動。萬向聯軸器具有結構錯在較大的角向補償能力、結構緊湊、傳動效率高的特點。不同結構型式萬向聯軸器兩軸線夾角不相同，一般在5°～40°之間。十字軸式萬向聯軸器是用量非常大的萬向聯軸器，軸承是十字軸式萬向聯軸器的易損件。幾種大型十字軸式萬向聯軸器的主要區別在于軸承座和十字叉頭的變化，形成不同結構形式。為保證主、從動軸的同步性，實際應用中均采用雙聯形式，雙聯的聯接方式不外乎焊接或法蘭盤通過螺栓聯接，中間長短的變化可有多種形式。

具體分析如下：

對于單個十字軸萬向聯軸器，如圖1模型示意圖

所示：

當軸Ⅰ旋轉一周，軸Ⅱ也跟著旋轉一周，因此，單就整體轉數而言，兩軸保持一致。但其瞬時傳動比則隨其位置而變化，換言之，若軸Ⅰ以等角速度旋轉，軸Ⅱ則為變角速度旋轉。分析如下：

設主動軸Ⅰ與從動軸Ⅱ之間的夾角為α，當軸Ⅰ與軸Ⅱ回轉一圈時，A和B兩點的軌跡均為一圈，如圖2所示，該兩圓所在的平面分別垂直于軸Ⅰ與軸Ⅱ，可知該兩圓之間的夾角也等于α。

取垂直于軸Ⅰ的平面為投影面，那么A點的軌跡在該投影面上的投影為一實際大小的圓（見圖3中的C），而B點的軌跡為一橢圓（見圖3中的D）。

由于OA與OB始終垂直，當OA平行于投影面時，OA與OB的投影始終相互垂直。當OA的位置位于OA0時（即軸Ⅰ的叉位于軸Ⅰ與軸Ⅱ所在的平面），OB應在OB0位置（即軸Ⅱ的叉位于軸Ⅰ與軸Ⅱ所在平面的垂直面內）。當OA旋轉角度為βA，即OA旋轉至OA1時（如圖3），過O點做OA1的垂線，交投影橢圓于NB，那么ONB為此時OB的投影，∠B0ONB為B轉過角度的投影，其大小等于βA，欲得B轉過的實際角度βB，可轉化成立體幾何模型進行求解，如圖4所示：

由圖中幾何關系可得：

，，故可得，所以，該式即為主動軸Ⅰ與從動軸Ⅱ之間的轉角隨兩軸夾角的關系。現根據所得公式制作βB–βA曲線圖，首先，將所得公式轉化，根據三角函數公式，由已知，將其代入，便可得，由于此處可當作常值數來處理，故可設=E，=F，便可將公式轉化成，由此式可推知，當時，取極值，由于一般情況下α不會太大，所設常值E接近1，得知當βB處于45°、135°（180°內）附近時，取極值。根據以上轉化公式，可得如圖5所示曲線：

由圖5可見，當主動軸Ⅰ轉角βA從0°轉至90°（從動軸Ⅱ轉角βB從-90°轉至0°，圖中未表示出，可推斷），從動軸Ⅱ轉角相對于主動軸Ⅰ是滯后的，即βB<βA，并且兩角差值在βB=-45°附近時達到最大，隨后減小，在此區間，從動軸Ⅱ旋轉速度先減慢，后加快。當主動軸Ⅰ轉角轉過90°時，從動軸也同時轉過0°，此時開始，主動軸Ⅰ轉角βA從90°轉至180°，從動軸Ⅱ轉角βB從0°轉至90°，從動軸Ⅱ轉角相對于主動軸Ⅰ是超前的，即βB>βA，并且兩角差值在βB=45°附近時達到最大，隨后減小，在此區間，從動軸Ⅱ旋轉速度先加快，后減慢。后半圈轉動情況與前半圈轉動情況相同。

因此，由以上分析可知，對于十字軸萬向節聯軸器，如果主動軸以等角速度轉動，從動軸則時快時慢，即普通十字軸萬向節聯軸器的不等速性。且兩軸夾角越大，兩軸傳動的不等速性越嚴重。

3 結語

此開煉機為雙輸出結構，兩根輸出軸均套有十字軸萬向節聯軸器，基于以上分析，加之兩個十字軸萬向節聯軸器的隨機位置的差異性，導致減速機輸出軸轉速與滾筒之間的轉速差值的疊加，造成兩軸的速度發生瞬時的改變，且在某個點達到最大，致使減速機內部齒輪發生撞擊，產生異響。

參考文獻

[1] 《機械設計手冊》編寫組.機械設計手冊（第三卷）[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2] 《機械設計手冊》編寫組.機械設計手冊（第四卷）[M].北京：機械工業出版社，1998.

[3] 王曉會.十字軸式萬向聯軸器的正確安裝[J].農機使用和維修，2003，（6）.

[4] 趙成剛，張洛平.萬向節運動特性與實驗分析[J].公路和汽運，2008，（3）.

作者簡介：王勇（1980-），男，江蘇南京人，南京寧嘉機電有限公司工程師，研究方向：工業齒輪箱的研發、質量管理；趙文瑜（1984-），男，江蘇南京人，南京寧嘉機電有限公司工程師，研究方向：工業齒輪箱的研發。

（責任編輯：黃銀芳）