曹 斌

（太原重工齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所，山西 太原 030024）

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油需求不斷增加，全世界對(duì)石油的開(kāi)采以及輸送過(guò)程中使用的無(wú)縫鋼管需求量也迅猛增加。對(duì)無(wú)縫鋼管的管道規(guī)格要求趨向大型化發(fā)展，與之相對(duì)應(yīng)，所設(shè)計(jì)的軋管設(shè)備也趨向大型化發(fā)展，甚至連板軋?jiān)O(shè)備也逐漸趨于大型化發(fā)展。在此種形式下，按常規(guī)思路去設(shè)計(jì)大型重載減速機(jī)，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)及市場(chǎng)需求，為解決大型化發(fā)展帶來(lái)的設(shè)計(jì)困難，在設(shè)計(jì)中采用了分流傳動(dòng)設(shè)計(jì)，即動(dòng)力輸入后，分兩路傳動(dòng)，最后再全部匯總后輸出，使減速機(jī)在較小的結(jié)構(gòu)空間范圍內(nèi)，在較輕的重量下滿(mǎn)足大功率傳動(dòng)需求。

1 分流減速機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用性

分流設(shè)計(jì)使減速機(jī)滿(mǎn)足大功率傳動(dòng)，且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、加工難度小，可降低制造及運(yùn)輸成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。若不采用分流式傳動(dòng)，隨著減速機(jī)規(guī)格的大型化，制造將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，即使忽略制造問(wèn)題，運(yùn)輸和安裝困難也將大大增加制造過(guò)程中許多附加成本。

2 分流減速機(jī)與常規(guī)減速機(jī)在同等安全系數(shù)下對(duì)比

以分流設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)對(duì)比常規(guī)設(shè)計(jì)，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 分流減速機(jī)與常規(guī)減速機(jī)在同等安全系統(tǒng)的對(duì)比

方案一：在保證中心距、齒輪大小與分流設(shè)計(jì)基本不變的情況下進(jìn)行計(jì)算，其齒輪強(qiáng)度完全不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求，此方案不可行。

方案二：在保證齒輪強(qiáng)度與分流設(shè)計(jì)等同的情況下增大中心距滿(mǎn)足使用要求，盡管強(qiáng)度可以達(dá)到要求，但是不僅中心距尺寸增大太多，無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)空間需求，而且將導(dǎo)致末級(jí)齒輪重量達(dá)37.5 t，不僅明顯地增加了材料成本，而且使制造非常困難，難以實(shí)現(xiàn)?？傊亓吭黾痈鼮轱@著，給制造、運(yùn)輸帶來(lái)極大困難，且制造成本增加非常多。

方案三：在保證中心距、齒輪大小與分流傳動(dòng)設(shè)計(jì)基本不變的情況下通過(guò)調(diào)整模數(shù)的方式進(jìn)行計(jì)算，由于齒寬已經(jīng)足夠?qū)?，增加齒寬對(duì)強(qiáng)度影響較小，且會(huì)增加制造困難，已無(wú)法增加，即使模數(shù)增至50，強(qiáng)度也無(wú)法滿(mǎn)足其使用要求，且模數(shù)增大到50已導(dǎo)致無(wú)法磨齒，使制造無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

方案四：常規(guī)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，在保證齒輪強(qiáng)度、增大模數(shù)到可加工范圍，中心距接近用戶(hù)空間使用要求，其末級(jí)齒輪重量仍然會(huì)重達(dá)26 t，其總重量增加仍然很多。制造和運(yùn)輸依然不便，使制造成本增加很多，制造工藝難、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比差等問(wèn)題突出，降低了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。

此分流式傳動(dòng)設(shè)計(jì)順應(yīng)當(dāng)今對(duì)環(huán)保節(jié)能的潮流，達(dá)到低能耗制造，實(shí)現(xiàn)了綠色設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更優(yōu)化、更實(shí)用。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其在大型重載傳動(dòng)設(shè)備中擁有非常良好的應(yīng)用前景，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其承載能力高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、工藝性好、制造成本低、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)更加突出，可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。同時(shí)，此種分流式結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義，其發(fā)展具有非常廣闊的空間，為以后在更多的領(lǐng)域尤其是大型重載減速機(jī)的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理

圖1 分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理圖

如圖1，Ⅰ軸為輸入齒輪軸（人字軸），通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)Ⅱ和Ⅲ齒輪軸上大齒輪（單斜齒），通過(guò)齒輪與齒輪軸的鍵與配合將力傳動(dòng)到Ⅱ和Ⅲ齒輪軸，再由Ⅱ和Ⅲ齒輪軸通過(guò)齒輪嚙合傳遞到Ⅳ大齒輪（單斜齒），再由大齒輪通過(guò)和軸的鍵和配合傳遞到輸出軸、輸出扭矩。

由于從輸入軸Ⅰ開(kāi)始，功率進(jìn)行了分流，在Ⅳ大齒輪處匯合，所以Ⅱ和Ⅲ齒輪軸及齒輪受力減小很明顯，在Ⅳ大齒輪嚙合處常規(guī)設(shè)計(jì)中一對(duì)齒輪傳遞變成兩對(duì)齒輪傳遞，因此在同等強(qiáng)度下，中心距、模數(shù)、齒寬都有所降低，結(jié)構(gòu)非常緊湊。

在分流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中還可以在輸入軸前適當(dāng)增加傳動(dòng)鏈，增加速比范圍，滿(mǎn)足不同工況下多種需求，有效提高市場(chǎng)適應(yīng)性。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)上述幾種不同方案的設(shè)計(jì)對(duì)比，充分體現(xiàn)出分流傳動(dòng)設(shè)計(jì)在大型重載齒輪箱設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的環(huán)保和節(jié)能理念，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)備更安全、更實(shí)用、更輕便。

[1]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社2002.

[2]劉鴻文主編.材料力學(xué).北京：高等教育出版社.1982.

[3]熊萬(wàn)武主編.齒輪手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006.