張 達(dá)，于水清，米振濤

（1.鄭州機(jī)械研究所有限公司，河南鄭州 450001；2.中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司塑料廠(chǎng)，江蘇南京 211500）

1 國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造背景

ZJY771 造粒機(jī)是某塑料廠(chǎng)聚乙烯車(chē)間的關(guān)鍵設(shè)備，原機(jī)由日本ISHIBASHI 石橋公司制造。該齒輪箱共有3 對(duì)齒輪副，分別是AB 齒輪副、CD 齒輪副和EF 齒輪副。通過(guò)內(nèi)外齒聯(lián)軸器滑動(dòng)掛檔，產(chǎn)生不同的速比。輸入轉(zhuǎn)速1000 r/min，AB 齒輪副傳遞動(dòng)力時(shí)，EF 齒輪副同步異向輸出轉(zhuǎn)速442 r/min；CD 齒輪副傳遞動(dòng)力時(shí)，EF 齒輪副同步異向輸出轉(zhuǎn)速333 r/min。

常規(guī)生產(chǎn)工藝通常僅需要一個(gè)工作轉(zhuǎn)速，即AB 齒輪副傳遞動(dòng)力，EF 齒輪副同步輸出轉(zhuǎn)速442 r/min。因此建議定期改換軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)AB 齒輪副傳遞動(dòng)力一段工作周期后，通過(guò)內(nèi)外齒聯(lián)軸器換檔讓CD 齒輪副空載嚙合一段時(shí)間，從而改變B 齒輪內(nèi)的軸承受載狀態(tài)，延長(zhǎng)工作壽命。但這只是權(quán)宜之計(jì)，而且現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)也不具備定期換擋空轉(zhuǎn)的條件。所以，為了徹底改變這一狀態(tài)，提出了ZJY771 造粒機(jī)齒輪副國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造方案。

2 國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造方案及評(píng)價(jià)

2.1 改造方案

具體方案：①去除原設(shè)備的D 齒輪、內(nèi)外齒套、齒輪內(nèi)部的圓錐滾子軸承CR-10010；②在輸出軸和B 齒輪間加裝內(nèi)外雙鍵套，在雙鍵套與另一端鎖緊圓螺母間加裝定位套。其中，內(nèi)外雙鍵套過(guò)盈配合以傳遞扭矩；外花鍵軸肩、定位套和兩個(gè)鎖緊圓螺母共同承受齒輪嚙合產(chǎn)生的軸向力。

該方案對(duì)原軸系結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)沒(méi)有任何改變。斜齒輪傳遞功率產(chǎn)生切向力、徑向力和軸向力，因此該技術(shù)方案的可行性和可靠性主要取決于以下兩方面的強(qiáng)度校核。

2.2 強(qiáng)度校核

2.2.1 E 齒輪軸系上兩端軸承24060 和24148 的壽命計(jì)算

兩軸承的壽命計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)圖1，其校核計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)圖2。結(jié)果顯示，在實(shí)際功率為3470 kW 的正常工況下，改造后軸系上左端雙列調(diào)心滾子軸承的使用壽命為105 742 h，軸系右端雙列調(diào)心滾子軸承的使用壽命為48 977 h。兩套軸承的靜強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。

圖1 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算

2.2.2 內(nèi)外雙鍵套上平鍵的強(qiáng)度校核

根據(jù)大齒輪B 的內(nèi)孔及配合軸徑的尺寸Φ500 mm，選用平鍵規(guī)格為B100×235GB1096-79，材料選用42CrMo 鍛件，高調(diào)質(zhì)熱處理，硬度320～350 HB。

平鍵的強(qiáng)度校核包含擠壓應(yīng)力P 和剪切應(yīng)力τ 兩個(gè)方面。

式中 T——轉(zhuǎn)矩，N·mm

D——軸的直徑，mm

k——鍵與輪轂的接觸高度，平鍵k=h/2，mm

b——鍵的寬度，mm

l——鍵的工作長(zhǎng)度（對(duì)于A 型鍵為鍵的總長(zhǎng)減去兩段圓弧部分長(zhǎng)度），mm

［P］——鍵連接的許用比壓，MPa

［τ］——鍵連接的許用剪切應(yīng)力，MPa

平鍵許用應(yīng)力參考值可由相關(guān)資料查得。功率P=3470 kW，工作轉(zhuǎn)速n=442 r/min，則轉(zhuǎn)矩=74.966×106N·mm。

內(nèi)外雙鍵軸套的內(nèi)外直徑分別為D1和D2；接觸高度k=25 mm，寬度b=50 mm；工作長(zhǎng)度l=195 mm。將以上已知條件代入上述校核計(jì)算公式，則D1=650 mm 時(shí)，P=47 MPa（小于220 MPa），τ=12 MPa（小于110 MPa）；D2=500 mm 時(shí)，P=62 MPa（小于220 MPa），τ=15 MPa（小于110 MPa）。

圖2 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算結(jié)果

2.3 結(jié)論及評(píng)價(jià)

（1）軸承壽命計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足滾動(dòng)軸承的動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度和靜負(fù)荷強(qiáng)度要求，且計(jì)算壽命滿(mǎn)足軸承推薦使用要求（對(duì)于24 h 連續(xù)工作的機(jī)械，通常推薦滾動(dòng)軸承使用壽命應(yīng)在40 000～50 000 h）。

（2）采用雙鍵傳遞扭矩計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的要求。

實(shí)施該方案可得到穩(wěn)定、唯一的輸出轉(zhuǎn)速442 r/min。因此，該方案簡(jiǎn)單明了、切實(shí)可行、效果可靠。

3 使用效果

按照以上方案改造后的ZJY771 齒輪箱上線(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)后，已無(wú)間斷安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)36 個(gè)月，停機(jī)開(kāi)箱檢查軸承、齒輪狀況良好，改造效果顯著。