,,

(武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，武漢 430084)

升降系統(tǒng)齒輪箱調(diào)心技術(shù)方案

趙世璉,朱正都,田崇興

(武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，武漢 430084)

針對(duì)升降系統(tǒng)齒輪箱爬升齒輪和樁腿齒條中心距偏差會(huì)影響齒輪齒條嚙合側(cè)隙的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種可調(diào)心的齒輪箱。通過(guò)將齒輪箱前后軸承套設(shè)置為偏心套結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)齒輪箱調(diào)心，使齒輪齒條嚙合側(cè)隙滿足實(shí)際使用要求，并實(shí)際應(yīng)用于電動(dòng)齒輪齒條升降系統(tǒng)項(xiàng)目。

升降系統(tǒng)；齒輪箱；調(diào)心；中心距

升降系統(tǒng)作為自升式平臺(tái)中的關(guān)鍵部分，其性能的優(yōu)劣直接影響平臺(tái)的安全性能、使用性能及經(jīng)濟(jì)性[1-3]。齒輪齒條式升降系統(tǒng)升降速度快，提升能力大，效率高，被廣泛應(yīng)用于自升式平臺(tái)及輔助平臺(tái)。齒輪齒條式升降裝置由電機(jī)或液壓馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)爬升齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與樁腿上的齒條嚙合, 實(shí)現(xiàn)升降樁腿和升降平臺(tái)的功能[4-6]。

由于齒輪齒條加工時(shí)齒厚公差、齒距公差和齒側(cè)隙的影響及安裝架焊接變形影響齒輪箱中心距，導(dǎo)致升降裝置爬升齒輪和樁腿齒條中心距偏差，影響齒輪齒條實(shí)際嚙合狀態(tài)。爬升齒輪和齒條存在嚙合間隙過(guò)小造成卡死或者重合度減小的情況，嚴(yán)重影響齒輪箱的安裝和整個(gè)平臺(tái)的安全。為此，在對(duì)影響齒輪齒條嚙合中心距的各因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定齒輪箱調(diào)心技術(shù)方案，使升降系統(tǒng)齒輪齒條嚙合滿足實(shí)際使用要求。

1 調(diào)心的必要性

1.1 影響齒輪齒條嚙合中心距因素

影響齒輪齒條嚙合狀態(tài)的關(guān)鍵因素公差定制原則如下[7-10]。

1)齒條拱高。根據(jù)制造經(jīng)驗(yàn)，每8 m長(zhǎng)度齒條的拱高控制在3 mm內(nèi)。

2)齒條的齒厚公差。根據(jù)齒條切割及修磨經(jīng)驗(yàn)，齒厚公差控制在(-2.0，-0.5) mm。

3)齒條齒距公差。根據(jù)齒條切割、修磨經(jīng)驗(yàn)，齒距公差控制在±0.5 mm。

4)爬升小齒輪的齒厚公差。本項(xiàng)目爬升小齒齒輪的齒厚公差根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)外設(shè)計(jì)資料，與齒輪箱配套廠家交流，小齒輪的齒厚公差可以控制在(-2.2，-2.0) mm。

5)齒輪齒條嚙合最小側(cè)間隙。出于安全考慮，根據(jù)以往產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，定為0.5 mm。

1.2 中心距公差計(jì)算

1)齒條拱高。拱高方向與中心距方向一致，因此拱高對(duì)中心距的影響：D拱=3 mm。

2)齒條的齒厚公差D齒條齒厚=0.866。

圖1 齒條齒厚公差示意

3)齒條齒距公差D齒距公差=0.433 mm。

4)齒輪齒厚公差D齒輪齒厚=1.732 mm。

5)側(cè)隙對(duì)中心距的影響D0

D最小側(cè)隙=0.5×1=0.5 mm

式中：0.5(mm)是側(cè)隙；1是側(cè)隙在中心距方向的換算系數(shù)，系數(shù)來(lái)源于圖2。

圖2 齒條齒距公差示意

綜上，在最惡劣情況下，中心距可能出現(xiàn)的最大誤差為

Dmax=D拱-D齒條齒厚+D齒條齒距-

D齒輪齒厚+D最小側(cè)隙=

3-0.866+0.433-1.732+0.5=1.335 mm

齒輪齒條嚙合可能出現(xiàn)的中心距偏差Dmax為1.335 mm，有必要通過(guò)齒輪箱調(diào)心來(lái)保證實(shí)際的安裝距。

2 調(diào)心方法

2.1 調(diào)心距離和步長(zhǎng)的確定

從以上分析可以看出，中心距調(diào)整量2 mm，可以滿足最惡劣情況下的要求。

根據(jù)計(jì)算及分析結(jié)果，將齒輪箱的調(diào)心量定為±2 mm，滿足實(shí)際工作時(shí)齒輪齒條良好嚙合。

齒輪箱法蘭采用四邊形方案(見(jiàn)圖3)，調(diào)心步長(zhǎng)確定為2 mm，即安裝法蘭每旋轉(zhuǎn)90°，中心距調(diào)節(jié)距離分別為0、-2、0、2 mm。

圖3 齒輪箱法蘭示意

2.2 調(diào)心方案

升降系統(tǒng)齒輪箱前軸承套與安裝架前軸承座配合，后軸承套與安裝架后軸承座配合，齒輪箱法蘭板通過(guò)螺栓聯(lián)接在安裝架上，爬升齒輪與樁腿上齒條嚙合。見(jiàn)圖4。

圖4 齒輪箱調(diào)心示意

A位置3處分別為各級(jí)行星太陽(yáng)輪齒圈，B位置三處分別為齒輪箱法蘭板、前軸承套外圓和后軸承套外圓。

A位置3處與爬升齒輪軸同心，B位置3處同心，A位置3處與B位置3處偏心2 mm。齒輪箱法蘭板標(biāo)記孔直徑5 mm，深5 mm，安裝時(shí)該孔遠(yuǎn)離齒條時(shí)代表中心距調(diào)節(jié)+2 mm。

齒輪箱前軸承套和后軸承套均為偏心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)孔和外孔偏心距離為調(diào)心距離2 mm，通過(guò)偏心軸承座(直徑760 mm外圓)。裝配時(shí)，旋轉(zhuǎn)偏心軸承套，使外圓標(biāo)記與偏心軸承座端面標(biāo)記對(duì)齊(見(jiàn)圖5)后，方能安裝至安裝架內(nèi)孔。齒輪箱后箱體法蘭板側(cè)邊有標(biāo)記直徑5 mm、深5 mm，直徑5 mm孔靠近齒條安裝時(shí)，中心距+2 mm，代表中心距調(diào)節(jié)+2 mm；使標(biāo)記位置旋轉(zhuǎn)180°，實(shí)現(xiàn)中心距-2 mm；在標(biāo)記位置旋轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)理論中心距安裝，從而實(shí)現(xiàn)齒輪箱安裝中心距+2、0、-2 mm調(diào)節(jié)。無(wú)論怎么調(diào)節(jié)，后箱體法蘭均可與安裝架順利安裝。

圖5 齒輪箱安裝中心距(+2 mm)調(diào)節(jié)標(biāo)記位置

3 調(diào)心齒輪箱安裝流程

1)檢查齒輪箱法蘭調(diào)心標(biāo)記(遠(yuǎn)離齒條安裝時(shí)代表安裝距離調(diào)節(jié)+2 mm，靠近齒條側(cè)安裝時(shí)代表安裝距離調(diào)節(jié)-2 mm，上、下方均代表安裝距離調(diào)節(jié)為0)。

2)測(cè)量樁腿齒條弦管中心線至齒輪箱安裝孔中心距離，每弦單邊取平均值。若比理論值偏大1.5～2 mm及以上，則調(diào)心-2 mm；若比理論值偏小(-2，0) mm，則調(diào)心+2 mm，其余可不調(diào)心。

3)測(cè)量距離時(shí)，每個(gè)安裝孔上下各有一個(gè)洋蔥孔，每次側(cè)量取平均值，見(jiàn)圖6，L1代表上洋蔥孔至通過(guò)中間兩個(gè)安裝孔中心鉛垂直之間的距離，L2代表下洋蔥孔至上述鉛垂線之間的距離，距離為兩者平均值。

圖6 安裝架中心孔距離測(cè)量示意

4)拆卸軸承端蓋，將拉拔工裝裝入齒輪箱爬升齒輪，見(jiàn)圖7。

圖7 拉拔工裝示意

5)引導(dǎo)拉拔桿穿過(guò)支撐板，將拉拔螺母安裝到拉拔桿上，依靠手拉葫蘆支撐齒輪箱自重，擰緊拉拔螺母，將齒輪箱緩慢導(dǎo)入安裝架安裝孔，見(jiàn)圖8。

圖8 齒輪箱安裝示意圖

6)將齒輪箱完全導(dǎo)入安裝孔，后鎖緊安裝螺栓，將齒輪箱牢牢安裝在安裝架上。

4 齒輪齒條嚙合側(cè)隙測(cè)量

齒輪齒條正常嚙合時(shí)側(cè)隙需要滿足最小側(cè)隙和最大側(cè)隙要求，具體要求如下。

1)側(cè)隙設(shè)計(jì)最小值要求為[10]

式中:ai為齒輪齒條嚙合中心距，ai=615 mm；mn為模數(shù)，mn=72。

計(jì)算得出側(cè)隙最小值jb min=2.53 mm。

2)最大側(cè)隙值為齒輪齒條嚙合重合度大于等于1時(shí)的極限值，通過(guò)畫(huà)圖法，可計(jì)算出最大側(cè)隙值jb max=11.52 mm。

待齒輪箱安裝完畢后，通過(guò)測(cè)量齒輪齒條嚙合側(cè)隙，檢驗(yàn)齒輪齒條嚙合狀態(tài)。本項(xiàng)目實(shí)測(cè)側(cè)隙值均在3～8 mm之間，符合最小測(cè)隙不小于2.53 mm和最大側(cè)隙不大于11.52 mm的要求，因此通過(guò)齒輪箱調(diào)心，齒輪齒條嚙合滿足實(shí)際使用要求。

5 結(jié)論

1)通過(guò)齒輪箱調(diào)心，使齒輪齒條嚙合側(cè)隙均控制在3～8 mm之間，滿足最小測(cè)隙和最大側(cè)隙要求，齒輪齒條嚙合滿足實(shí)際使用要求。

2)根據(jù)齒數(shù)和模數(shù)已定的升降系統(tǒng)項(xiàng)目確定了齒輪箱調(diào)心技術(shù)方案，針對(duì)制造公差的齒輪箱及齒條，確定中心距公差及調(diào)心步長(zhǎng)；針對(duì)不同齒數(shù)和模數(shù)的齒輪箱及齒條，確定最大側(cè)隙和最小測(cè)隙，實(shí)際側(cè)隙值應(yīng)能滿足最大側(cè)隙和最小測(cè)隙的要求。

[1] 孫永泰.自升式海洋平臺(tái)齒輪齒條升降系統(tǒng)的研究[J].石油機(jī)械，2004,32(10):23-26.

[2] 楊曉峰.自升式平臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)及減速機(jī)的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2010.

[3] 彭洪軍,吳建,劉陽(yáng).海上自升式平臺(tái)電動(dòng)升降裝置的研究[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,27(4):79-83.

[4] 孫景海.自升式平臺(tái)升降系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2010.

[5] 黃維學(xué),劉放.自升式海上鉆井平臺(tái)升降系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)分析[J].設(shè)計(jì)與計(jì)算，2011(2):1-3.

[6] 王運(yùn)安.勝利修井平臺(tái)升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2003(2):32-46.

[7] 喬雪濤,李鋸,路明.超大模數(shù)齒輪齒條加工現(xiàn)狀及分析[J].現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，2006(3).35-41.

[8] 殷浩澍.自升式鉆井平臺(tái)樁腿齒條切割的解決方案和國(guó)內(nèi)發(fā)展態(tài)勢(shì)[J].金屬加工，2010(4):19-22.

[9] 李西建.大扭矩高精度大傳動(dòng)比傳動(dòng)系統(tǒng)精度分析和設(shè)計(jì)仿真[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2010.

[10] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

The Technical Scheme of Center Distance Adjusting for Jacking System Gearbox

ZHAOShi-lian,ZHUZheng-du,TIANChong-xing

(Wuhan Marine Machinery Plant Co. Ltd., Wuhan 430084, China)

Rack and pinion jacking system center distance error will influence meshing backlash of rack and pinion. To solve the problem, a type of gearbox was designed which can adjust center distance. The result showed that through set the front and rear bearing of gearbox eccentric to achieve adjusting center distance. Rack and pinion mesh backlash can meet the operating requirement through gearbox center distance adjusting technology. This gearbox center distance adjusting technology had been applied in the electric rack and pinion jacking system.

jacking system; gearbox; center distance adjusting; center distance

U664.4

A

1671-7953(2017)06-0178-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.040

2017-02-28

2017-05-13

工業(yè)和信息化部項(xiàng)目(工信部聯(lián)裝[2014]508號(hào))

趙世璉(1985—)，男，碩士，工程師

研究方向：自升式平臺(tái)升降系統(tǒng)技術(shù)