陳和根，李曉平，仲躋松，儲小虎，賁道林，賁道春

（江蘇鵬飛集團股份有限公司，江蘇 海安 226623）

0 引言

中國回轉(zhuǎn)窯從一開始依賴進口到國產(chǎn)化，再到大量出口國際市場， 如今已成為全球產(chǎn)銷量最大、使用量最多的國家。 回轉(zhuǎn)窯相關標準規(guī)定了回轉(zhuǎn)窯的制造安裝要求， 但是符合標準要求的回轉(zhuǎn)窯未必是完美的回轉(zhuǎn)窯。 要打造出高質(zhì)量的回轉(zhuǎn)窯，須深層次對設計、制造、安裝進行控制，或提出更新更高要求， 這對實現(xiàn)建材機械制造強國的戰(zhàn)略目標有著十分重要的意義。

1 鋼板對接厚度

1.1 過渡鋼板

標準規(guī)定，不等厚鋼板對接時，當兩板厚度差大于薄板厚度的30%或超過5 mm 時，應將厚板段節(jié)外壁加工成過渡圓錐面， 過渡圓錐面的寬度應不小于兩板厚度差的5 倍[1]，其目的是避免對接厚度突變產(chǎn)生巨大的徑向焊接應力。

根據(jù)筒體受力的有限元分析， 跨間筒體垂直彎曲應力為平滑過渡， 因此鋼板厚度過渡以少量多次為宜。 從經(jīng)濟合理性角度考慮，過渡厚度差應不超過厚板的30%。

1.2 輪帶下墊板

標準規(guī)定，安裝輪帶處同一筒體小段節(jié)不同橫截面上的最大直徑與最小直徑之差，不應大于筒體公稱內(nèi)徑的0.15%。

以Φ5 m 筒體為例，輪帶下筒體同一橫截面直徑差最大允許為7.5 mm， 即墊板最大允許厚度差為7.5 mm。若該筒體墊板厚度差為7.5 mm，當需要更換等厚度的墊板時， 則新墊板的外圓柱面直徑差為7.5 mm，該檔筒體的中心跳動量至少增加3.25 mm。

因此，輪帶下筒體直徑差的控制應更改為墊板厚度差的控制，既能直接控制墊板厚度差，又能間接控制筒體直徑差，達到雙重控制的效果。 墊板厚度差控制以不大于筒體公稱內(nèi)徑的0.075%為宜。

2 齒輪參數(shù)

2.1 滑動率差

開式齒輪傳動裝置如圖1 所示。目前回轉(zhuǎn)窯齒輪采用不變位或大齒圈不變位小齒輪小變位等設計，滑動率差較大是導致回轉(zhuǎn)窯齒輪早期失效的主要原因之一。

從設計角度均衡滑動率，使滑動率差趨近于零，這是齒輪設計目標和總變位系數(shù)的分配原則。 通過對多組變位系數(shù)分配的滑動率計算數(shù)據(jù)的對比，找到最佳的總變位系數(shù)分配方案，使滑動率差趨近于零[2]。 采用計算機迭代設計進行變位系數(shù)分配更準確快速方便，可將滑動率差控制在0.1‰以內(nèi)。

圖1 開式齒輪傳動裝置

2.2 齒厚偏差

齒厚偏差決定閉式齒輪的側(cè)隙，對可調(diào)整中心距的開式齒輪意義不大。雖然JB/T 8916—2017《回轉(zhuǎn)窯》 行業(yè)標準規(guī)定大小齒輪的精度等級為9-9-8HK［3］，但各單位實際設計中的齒厚極限偏差多種多樣。這些根據(jù)標準或設計手冊選擇的開式齒輪齒厚極限偏差與回轉(zhuǎn)窯安裝規(guī)范毫無關系，因而有必要簡化設計、制造及檢驗控制。

在控制和保證開式齒輪齒厚變動公差或公法線長度變動公差的前提下，可擺脫閉式齒輪齒厚極限偏差選擇方法的束縛，不拘泥于閉式齒輪負值齒厚極限偏差選擇，在中心距允許調(diào)整的范圍內(nèi)人為選擇和適當放寬齒厚公差帶。

開式齒輪齒厚極限偏差可簡化采用常規(guī)尺寸公差選擇方法，如選擇齒厚s1±0.5（或公法線長度Wk1±0.5）和 s2±1.0（或公法線長度 Wk2±1.0）等。 甚至可以選擇齒厚正偏差，如齒厚（或公法線長度（或公法線長度等，或選擇更寬的齒厚（或公法線長度）公差帶。 因為開式齒輪齒厚偏差與側(cè)隙毫無關聯(lián)，因此齒厚（或公法線長度）公差可選擇線性尺寸的未注公差為標準GB/T 1804—2000 中m 級或c級。

2.3 重合度

大變位直齒輪重合度不到1.2， 小變位直齒輪重合度可達到1.5 以上，為提高齒輪的承載能力和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，建議采用小變位。 從使用和機加工兩方面考慮，大齒圈變位系數(shù)不大于1，小齒輪變位系數(shù)不大于0.5，總變位系數(shù)不大于1.5。 這樣既保證了重合度，又保證有齒厚的富余，而且不增加制造難度。

斜齒輪的重合度達2.1 以上，可大幅度提高齒輪的承載能力、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和齒輪壽命。 目前在石灰行業(yè)使用的回轉(zhuǎn)窯齒輪螺旋角已達10 °，重合度達2.6，使用壽命較大變位齒輪成倍提高，這對回轉(zhuǎn)窯設計人員應有所啟發(fā)。

2.4 安裝規(guī)范

由于齒輪頂圓直徑基本尺寸、 齒頂圓圓度、齒頂圓直徑公差、 精度等級及齒厚極限偏差的選擇，滾切刀具尺寸、加工工藝等諸多原因?qū)е略斚兑?guī)范對應的反映嚙合關系的側(cè)隙是不確定值，即符合原頂隙規(guī)范的齒輪嚙合關系可能存在問題。而且大小齒輪兩個頂隙（c1和c2）存在不同的測量數(shù)值，如圖2 所示。 因此原頂隙規(guī)范不合理，需重新制定安裝規(guī)范。

圖2 齒輪副兩個頂隙示意

建議采用明確數(shù)值范圍的側(cè)隙規(guī)范 （0.07~0.08）mn+1.5 mm [即（0.075 mn+（1.5±0.05） mn) mm，mn為模數(shù)]作為齒輪安裝規(guī)范。 該規(guī)范能保證嚙合質(zhì)量，在齒輪嚙合關系上不存在任何疑義，具有合理性、實用性和可操作性。側(cè)隙規(guī)范中可調(diào)整范圍±0.05 mnmm 與模數(shù)和中心距直接或間接相關，符合齒輪標準制定的初衷，更有實際意義。

3 變形控制

3.1 齒輪罩

焊接和運輸變形是齒輪罩變形的重要原因。變形最大的危害體現(xiàn)在對密封的影響。運轉(zhuǎn)的大齒圈一旦與靜止的齒輪罩（特別是上半罩）發(fā)生接觸或摩擦，漏油的幾率大大增加。 齒輪罩變形導致?lián)踺喩舷逻\行行程內(nèi)大齒圈與齒輪罩干涉摩擦和漏油可能性增大；或者齒輪罩變形導致大齒圈軸向游動空間受限，窯體上下竄動達不到預定行程。 齒輪罩如圖3 所示。

避免和減小齒輪罩變形的危害，主要從設計和制造兩方面解決。

圖3 齒輪罩

（1）借助標準焊接平臺，采用反變形焊接法和熱校正法都是防止和糾正焊接變形的有效方法。

（2）設計應考慮控制焊接變形的實際水平，其中窯體上下竄動的最大行程、焊接可能的最大變形量、最大變形下預留的大齒圈與齒輪罩安全距離，是齒輪罩寬度尺寸設計的重要依據(jù)。

設計實例： 擋輪上下竄動最大行程L1為±25 mm（總行程50 mm），焊接和運輸可能導致單面最大變形量L2為40 mm， 極限變形狀態(tài)下單面預留間隙L3為20 mm， 大齒圈到輪帶中心筒體熱膨脹量L4為5 mm。

擋輪處于行程位置±0 時 （即基準擋輪帶和托輪中心線吻合時）， 軸向單面游動間隙最小設計值L 為

L= |L1|+L2+L3=25+40+20=85 mm

大小齒輪冷態(tài)軸向中心線安裝偏離量應與大齒圈到輪帶中心筒體熱膨脹量L4一致。

3.2 大齒圈

大齒圈加工工藝是否可行，取決于加工過程中內(nèi)部應力釋放后的成品大齒圈圓度（特別是哈夫面結合處的圓度）是否符合要求。

大齒圈制造過程中變形特征是哈夫面處向外擴張，哈夫面處齒槽寬和節(jié)距變大，導致齒輪工作時出現(xiàn)周期性振動。過大的余量去除會產(chǎn)生較大的應力變形［4］。 預先加工去除多余的余量，減少后續(xù)工序加工的變形［5]。 因此在最終哈夫面裝夾之前余量應盡量控制在最小狀態(tài)。在各切削工序之間均進行釋放裝夾將最大程度減小后道工序的工件變形。成品齒圈徑向圓跳動可控制在0.30～0.80 mm，甚至更小。

由于大齒圈模數(shù)較大， 粗開齒一般分3～4 刀完成，每一道工序重新裝夾都釋放應力和重新分布應力。 三次或三次以上裝夾的加工效率低，加工成本高，經(jīng)濟實用性差。 因此可采用預應力變形加工方法以減少裝夾次數(shù)和制造中的應力變形，從而降低加工成本。

由于預變形量與實際變形量存在一定差異，因此預應力反變形加工只能用于滾齒前的粗加工工序。粗開齒前（含粗開齒）做一次粗加工預應力反變形裝夾，粗開齒后進行哈夫面修正做精加工二次裝夾，是否需要二次裝夾視變形測量情況而定。 整個加工過程最多進行兩次哈夫面加工裝夾。

調(diào)質(zhì)大齒圈的出現(xiàn)給制造提出了新的課題。采用常規(guī)的粗加工調(diào)質(zhì)方法導致的大齒圈報廢率極高。 兩半大齒圈調(diào)質(zhì)過程中的變形特別大，直徑越大變形量越大。兩半大齒圈調(diào)質(zhì)后哈夫面直徑方向的變形量達到直徑的0.5%左右， 如兩半Φ4 m 大齒圈哈夫面方向調(diào)質(zhì)變形量達到20 mm 左右。 采用預應力變形裝夾進行粗加工也是解決調(diào)質(zhì)大齒圈加工變形問題的有效途徑。

從大齒圈結構設計角度改兩半為多瓣雖然增加了哈夫面的機加工工作量，但是是解決調(diào)質(zhì)大齒圈加工過程中變形問題的有效途徑。