速比齒輪參數對于開煉機調距范圍的影響

李長路

（大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧　大連　116039）

速比齒輪參數對于開煉機調距范圍的影響

李長路

（大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧大連116039）

開煉機是橡膠制品生產中應用最廣泛的一種設備，根據生產工藝的要求，輥筒的輥距需要調節，而輥距的調節范圍取決于速比齒輪的參數。經過分析和計算發現，減小速比齒輪的壓力角a、減小速比齒輪的齒數z1和增大速比齒輪的齒頂高系數h*a均能夠擴大輥筒的調距范圍，因此可以通過合理設計速比齒輪的參數來滿足某些開煉機對于較大調距范圍的要求。

開煉機；速比齒輪；重合度；輥距

開煉機是橡膠制品生產中應用最廣泛的一種設備，開煉機的工作原理如圖1所示。膠料在兩個相對回轉的滾筒上，依靠兩個輥筒間不同的線速度，在摩擦力作用下被拉入輥縫，通過輥縫斷面的縮小，使膠料受到強烈的剪切與擠壓，同時在一定的溫度條件下使橡膠分子鏈發生氧化斷裂，增加可塑性，從而達到煉膠的目的。為了便于設計和制造，國內外大多數企業生產的開煉機前后輥筒的直徑均相同，通過前后輥筒轉速的不同來實現輥筒線速度的不同，其中典型的設計方案是在前后輥筒上分別安裝速比齒輪，前輥筒通過速比齒輪來驅動，在設計上使兩個速比齒輪的齒數不同，從而使前后輥筒轉速不同，輥筒的結構如圖2所示。由于漸開線齒輪具有中心距可分性，當兩個齒輪的中心距相對于理論中心距發生變化時，其傳動比仍保持不變，所以速比齒輪的齒廓曲線大多選用漸開線。根據煉膠工藝的要求，兩個輥筒之間的輥距需要調節，當兩個輥筒之間的輥距增大時，兩個速比齒輪之間的中心距亦增大，從而導致速比齒輪的重合度減小。根據漸開線齒輪連續傳動的條件，齒輪副的重合度ε必須大于1，因此輥距不能無限擴大，只能在一定的范圍內調節。由于齒輪副的重合度ε與齒輪的參數有關，因此，對于一些要求有較大調距范圍的開煉機必須合理地設計速比齒輪的參數，從而在保證速比齒輪傳動性能的前提下擴大輥距的調節范圍。

圖1　開煉機工作原理

1　齒輪副連續傳動的最大中心距與齒輪參數之間的關系

一對外嚙合直齒圓柱齒輪傳動的示意圖如圖3所示，主動輪1推動從動輪2轉動， B2點為輪2的齒頂圓與嚙合線的交點，它是嚙合起點； B1點為輪1的齒頂圓與嚙合線的交點，它是嚙合終點，實際嚙合線段的長度為。工作時要求齒輪能夠連續傳動，即要求前一對輪齒在嚙合終點B1以前嚙合時，后一對輪齒已到達嚙合起點B2嚙合。因此，保證齒輪連續傳動的條件是：≥B2K，式中線段B2K為相鄰兩齒同側齒廓間的法向距離，即法向齒距。根據漸開線的性質可知，法向齒距B2K等于基圓上的齒距Pb，故上式可改寫成≥Pb。實際嚙合線段的長度與基圓上的齒距Pb之比稱為重合度（也稱為重疊系數），以ε表示。

圖2　安裝速比齒輪的輥筒結構

圖3　外嚙合圓柱齒輪傳動示意圖

則齒輪連續傳動的條件可表示為：

式中：m—齒輪的模數；

a—齒輪的分度圓壓力角。

根據圖3中的幾何關系，可得：

式中：z1，z2—兩個速比齒輪的齒數，其中 ；z2=i×z1；i—大、小速比齒輪的傳動比；

aa1，aa2—小、大速比齒輪的齒頂壓力角；a′ —齒輪副的實際嚙合角。

當齒輪副的安裝中心距等于其理論中心距時，齒輪副的嚙合角等于分度圓壓力角，否則嚙合角不等于分度圓壓力角，實際嚙合角a′按式（3）計算：

將上式帶人式（1）中，可得：

a′的最大值即為齒輪副連續傳動的最大中心距amax。其中，小齒輪的齒頂壓力角aa1和大齒輪的齒頂壓力角aa2分別由式（6）和式（7）計算：

式中： a—齒輪副的理論中心距；a′—齒輪副的實際中心距。

將式（3）代入式（2），經整理后得到：

式中：a —齒輪分度圓壓力角；h*

a—齒頂高系數。

綜合式（4）、式（5）和式（6）可見，齒輪副連續傳動的最大中心距amax與齒輪副的理論中心距a、壓力角a、傳動比i，小齒輪齒數z1和齒頂高系數h*a這幾個參數有關。然而對于某種型號的開煉機而言，速比齒輪的理論中心距a和傳動比i都是設定好的，不允許改變，要擴大輥筒的調距范圍只能從壓力角a、小齒輪齒數z1和齒頂高系數h*a這三個參數入手。利用Excel軟件編制計算程序，程序界面如圖4所示，每次僅改變一個參數，其它兩個參數不變，經過計算發現，減小壓力角a、減小齒數z1和增大齒頂高系數h*a均能夠增大最大中心距amax，反之，則減小最大中心amax距 。

圖4　計算最大中心距 的程序

2　計算實例

以Ф450開煉機上應用的一對速比齒輪為例，已知輥筒中心距A=450，輥筒速比i=1:1.27，原設計參數：z1=22，z2=28，模數m=18，壓力角a=20。，齒頂高系數h*a=1.0，按照重合度ε≥1的要求，將齒輪參數代入上述計算程序中，經計算得出最大中心距amax=462.077mm，即輥筒的最大調距范圍0～12.077 mm。

下面利用該計算程序分別計算改變壓力角 、小齒輪齒數 和齒頂高系數 對于最大中心距 的影響。

（1）其他參數不變，僅改變齒輪的壓力角 ：將壓力角a分別取a=18。、a=20。、a=25。代入計算程序，計算結果見表1，可見減小壓力角a可以增大最大中心距aamx，反之將減小最大中心距aamx。

表1　改變壓力角a對最大中心距amax的影響

表2　改變齒數z1對最大中心距amax的影響

表3　改變齒頂高系數h*a對最大中心距amax的影響

（2）其他參數不變，僅改變小齒輪齒數 ：將小齒輪齒數z1分別取z1=18。、z1=22。、z1=25。代入計算程序，計算結果見表2，可見減少小齒輪數z1可以增大最大中心距amax，反之將減小最大最大中心距amax。這里需要說明的是，當輥筒的中心距和速比一定時，速比齒輪的模數與齒數存在下述對應關系：

可見，減小小齒輪的齒數意味著增大齒輪的模數，因此增加速比齒輪的模數可以增大最大中心距amax。

（3）其他參數不變，僅改變齒頂高系數 ：將齒頂高系數h*a分別取h*a=0.8、h*a=1.0，h*a=1.2代入計算程序，計算結果見表3，可見增加齒頂高系數h*a可以增大最大中心距amax，反之將減小最大中心距amax。而且，在上述三個參數中，齒頂高系數h*a對于最大中心距amax的影響最大。

根據上述計算結果，重新設計速比齒輪的參數：z1=18，z1=23，模數m=22，壓力角a=25。，齒頂高系數h*a=1.2，代入計算程序，經計算得出最大中心距amax=470.729，即輥筒的最大調距范圍0～20.729。可見，按照新設計的參數，輥筒的調距范圍可增加8.652mm。

3　結論

當速比齒輪的中心距和傳動比一定時，減小壓力角a、減小齒數Z1（即增大模數）和增大齒頂高系數h*

a均能夠擴大輥筒的調距范圍，因此可以通過合理設計速比齒輪的參數來滿足某些開煉機對于較大調距范圍的要求。同時，不可忽視在上述3個參數的設計上也存在相應的限制條件：①小齒輪齒數z1的選擇應滿足傳動比要求和不產生根切的最少齒數限制；②齒頂高系數 h*a不能過大，過大的齒頂高系數會增大齒頂的滑動速度，從而增加齒輪的磨損；同時過大的齒頂高系數會使輪齒的齒頂變尖，從而導致齒頂厚度Sa無法滿足設計要求（一般要求齒頂厚度Sa≥0.4 m）；③減少壓力角a會降低齒輪的接觸強度和彎曲強度，因此應慎重考慮通過改變壓力角a來增大輥筒調距范圍的可行性。

［1］ 成大先主編.機械設計手冊（第五版），第3卷［M］.北京：化學工業出版社，2008.

［2］ 楊順根，白仲元主編.橡膠工業手冊（修訂版），第九分冊，橡膠機械（上冊）［M］.北京：化學工業出版社，1992.

［3］ 朱孝錄主編.齒輪傳動設計手冊（第二版）［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［4］劉立鑫，張瑞厚等.開煉機速比齒輪改為高變位齒輪的設想［J］.橡膠技術與裝備，1995，第21卷.

［5］馬永林主編.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，1992.

［6］ 唐國俊，李健鑌主編.橡膠機械設計（上冊）［M］.北京：化學工業出版社，1995.

（R-03）

Infl uence of ratio gear parameters on the range of adjustment of the open mill

Infl uence of ratio gear parameters on the range of adjustment of the open mill

Li Changlu
（Dalian Rubber & Plastics Machinery Co., LTD., Dalian 116039, Liaoning, China）

Open mill is a device widely used in the rubber production. According to the requirements of the production process, the roller pitch needs to be adjusted, and the adjustment range of the roll spacing depends on the parameters of the speed ratio gear. Through analysis and calculation, reducing the pressure angle, reducing the tooth numberand increasing the addendum coeffi cient of the speed ratio gear can expand the roller pitch range. Therefore, it is reasonable to design the parameters of the speed ratio gear to meet the requirements of the wide roller pitch range of open mills.

open mill; speed ratio gear; coincidence degree; roller pitch

TQ330.43

1009-797X（2016）20-0014-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.005

李長路（1981-），男，工程師，主要從事機械傳動設備的研發、設計工作。

2016-09-07