圓錐破碎機錐齒輪副調整方法

梁志理，張雁，徐俠劍，王麒

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

大型液壓圓錐破碎機在礦山領域應用日趨廣泛[1]。破碎機在現場安裝時，保證其主要傳動部件錐齒輪副的嚙合至關重要。為保證設計要求及安裝精度，減少現場安裝難度，一般會在出廠前多次反復試裝、檢查，以達到齒輪副嚙合要求[2-3]。廠內試裝雖然保證了破碎機現場安裝的質量，但增加了企業的生產周期及成本。賈維量等人[4]基于壓鉛法對錐齒輪側隙調整及裝配展開研究，研究表明，根據錐齒輪軸向調節量與法向側隙的近似關系，計算出調整墊圈的厚度，保證高錐齒輪的裝配精度，并提高其傳動效率。鄭鳴皋[5]通過將圓錐破碎機大錐齒輪中心線與偏心套中心線偏離A/2 (A為偏心軸套與機架襯套之間的間隙大小)，得出當齒輪副正常運轉時，由于存在A/2偏移量，大錐齒輪中心線即為機架中心線，從而保證大錐齒輪頂點與小錐齒輪頂點重合，達到正常的齒輪嚙合關系。唐日福等人[6]通過測量錐齒輪裝配時的尺寸鏈和計算修配環的方法，提出利用組裝修配法對錐齒輪的嚙合間隙進行調整。

雖然大量研究者提出了不同方法保證錐齒輪齒輪副在裝配過程中的齒側間隙，但是，受不同工作條件及安裝精度的提高，齒輪副嚙合的齒側間隙要求更加精準。筆者通過對中信重工所生產的大型液壓圓錐破碎機廠內試裝的實踐及探索，提出大型破碎機錐齒輪齒輪副一次裝配到位的方法，實現了大型液壓圓錐破碎機不在廠內進行總裝，從而降低了生產成本，提高了生產周期。

1 影響因素及研究方法

1.1 錐齒輪裝配結構及影響因素

液壓圓錐破碎機的傳動方式是通過大、小錐齒輪之間的嚙合傳遞力和轉矩。因此，保證大、小錐齒輪之間在工作時齒面接觸良好及齒輪副嚙合準確是破碎機平穩安全運行的關鍵[7]。

液壓圓錐破碎機結構如圖 1 所示。通過對傳動部結構分析發現，造成破碎機大、小齒輪副多次試裝的主要影響因素有 2 點：一是加工制造的尺寸誤差在裝配時疊加，累積誤差對大、小齒輪副實際嚙合位置的影響[8]；二是實際齒側間隙的調整[9]對小齒輪安裝位置的影響。因此，控制及調整加工制造的尺寸誤差疊加和實際齒側間隙是保證大、小錐齒輪安裝準確的重要因素。

圖1 液壓圓錐破碎機結構Fig.1 Structure of hydraulic cone crusher

1.2 原理及方法

為了解破碎機加工制造尺寸誤差對大、小錐齒輪嚙合位置的影響，筆者對圓錐破碎機各相關零部件裝配數據進行采集、分析。通過測量相關零部件的實際加工尺寸，并對比理論尺寸，計算出大、小錐齒輪相關位置尺寸，如表 1 所列，得到大、小錐齒輪由于加工制造累積的尺寸誤差，從而確定在裝配過程中需要控制的實測誤差。

表1 大、小錐齒輪相關位置Tab.1 Relative position of large and small bevel gear

此外，實際齒側間隙的調整對小錐齒輪安裝位置的影響，需要考慮圖紙要求、制造配制對研以及設計安裝要求，并且保證齒輪接觸區域偏向小錐齒輪小端。因此，根據側隙的變化量，需要增加小錐齒輪安裝軸向移動量

式中：Δ jn為齒輪的側隙變動量，mm；N為系數；α為小錐齒輪壓力角，(°)；θ2為小錐齒輪節錐角，(°)。

綜上所述，該方法通過計算得到在裝配過程中需要控制實測誤差和小錐齒輪安裝軸向移動量，并在安裝過程中調整大、小錐齒輪嚙合的齒側間隙，使齒側間隙滿足設計要求，實現錐齒輪副一次裝配到位的目的。

2 測量結果及分析

2.1 加工對齒輪副嚙合的影響

限于工業制造水平及加工精度，大、小錐齒輪及相關件在實際生產制造中存在加工誤差，加工誤差累積會對安裝過程中齒輪副實際嚙合位置產生影響。因此，在安裝前需要測量能夠影響齒輪副嚙合的相關尺寸，得到由于加工累積造成的實測誤差，進行加墊調裝。

大、小錐齒輪嚙合關系如圖 2 所示。分析破碎機傳動部位結構，對能夠影響大、小錐齒輪齒輪副嚙合的相關尺寸進行安裝前測量。分別測量出大、小錐齒輪嚙合交角中心至齒輪安裝端面尺寸L1、L2；按照破碎機大錐齒輪裝配關系，測出止推軸承尺寸B，破碎機下機架主軸中心孔止推軸承安裝端面至副軸孔中心實測尺寸D，大齒輪安裝座安裝厚度實測尺寸C。大錐齒輪安裝后，實際嚙合中心與理論嚙合中心的偏差尺寸

圖2 大、小錐齒輪嚙合關系Fig.2 Meshing relationship of large and small bevel gear

傳動部裝配關系如圖 3 所示。測量出破碎機下機架副軸孔傳動殼體安裝端面至主軸孔中心實測尺寸E，并在傳動部部件組裝完成，各項檢驗均合格后，間接測量出左端內擋環左端面至傳動殼體大法蘭左端的確切尺寸F。安裝時將小錐齒輪熱裝至傳動部傳動軸，靠緊左端內擋環左端面。小錐齒輪安裝后，實際嚙合中心與理論嚙合中心的偏差

圖3 傳動部裝配關系Fig.3 Assembly relationship of transmission unit

若考慮大齒輪嚙合中心偏上 (或偏下) 時，理論需要加墊厚度

式中：θ1為大錐齒輪節錐角，(°)。

由于大、小錐齒輪是變位加工 (大齒輪負變位，小齒輪正變位)，大齒輪的實際安裝位置在尺寸鏈中的累積變化量與變位系數相比，差距過大。因此，在實際安裝過程中，可以不考慮大齒輪嚙合中心偏差值對安裝的影響。對破碎機系列產品跟蹤測量后，得到破碎機加工累積誤差，如表 2 所列。

表2 破碎機加工累積尺寸誤差及理論加墊厚度Tab.2 Accumulative machining error of crusher and theoretical gasket thickness mm

2.2 裝配對齒輪副嚙合的影響

除加工誤差累積造成的影響外，大、小錐齒輪實際安裝過程，受裝配誤差影響，齒輪副嚙合位置也會發生變化。

在大、小錐齒輪安裝到破碎機下機架后，傳動殼體擋把處于水平，先按理論加墊厚度值進行加墊，固定大齒輪，然后測量并檢查記錄大、小齒輪之間的齒側間隙，齒側間隙應在嚙合的最緊點進行測量。

對比此時實測齒側間隙與設計要求理想值，確定齒輪的側隙變動量

此時，將傳動殼體稍微頂出，將加墊厚度值更換為H+Δt，重新把緊傳動殼體；并固定大齒輪，然后用壓表法重新測量、檢查并記錄大、小齒輪的齒側間隙，側隙值應在嚙合的最緊點測量。則最終可得傳動部安裝時實際加墊厚度

當不考慮大齒輪嚙合中心偏差值對安裝的影響時，可得實際加墊厚度

在裝配時，按最接近于實際加墊厚度T進行圓整加墊。加墊完成后，調裝傳動部組件至下機架副軸孔中就位。通過以上方法，跟蹤測量破碎機的實際加墊厚度，如表 3 所列。

表3 傳動部實際加墊厚度Tab.3 Actual gasket thickness of transmission unit mm

2.3 齒側間隙對齒輪副嚙合的影響及調整

大、小錐齒輪實際嚙合的齒側間隙無法直接測量，需要通過間接測量破碎機聯軸連桿的移動，并使用百分表檢測連桿移動的距離來計算，實際嚙合的齒側間隙

式中：jt為節圓上側隙值，mm；m為百分表監測點位置距小齒輪中心線距離，mm；φ為小齒輪節圓直徑，mm。

由于傳動殼體偏心安裝，故可以通過轉動傳動殼體，調整齒輪的側隙。要使側隙值滿足設計要求，需要通過調整傳動殼體檔把來完成。松開傳動殼體與下機架之間的聯接螺栓，按順時針調整檔把，側隙增大；逆時針調整檔把，側隙減小。調整后把合聯接螺栓，再次測量側隙，直至側隙滿足設計要求。小齒輪實際接觸效果如圖 4 所示。

圖4 小齒輪實際接觸效果Fig.4 Actual contact effects of small bevel gear

3 結語

通過對圓錐破碎機錐齒輪副調整方法的研究，推出了傳動部安裝時的實際加墊厚度公式。在大型圓錐破碎機生產應用中，基本實現了破碎機錐齒輪副一次裝配到位，齒輪嚙合側間隙、接觸位置、接觸率均滿足設計要求，減少了裝配工作量，提高了生產效率。該研究方法為大型旋回破碎機錐齒輪副的調整提供了一定的理論支持。