回转机构小齿轮断齿的故障分析与排除

2007-08-16

◇湖南交通职业技术学院李战慧

◇湖南华泰重工有限公司郑淑丽

摘要

通过研究回转机构的小齿轮经常出现断齿现象，发现断齿的根本原因是齿轮副之间的侧隙有变动，利用偏心套解决侧隙的调整问题，实践证明是有效的。

关键词

齿轮断齿侧隙故障偏心套

某大型机械的回转机构在运行过程中经常出现小齿轮断齿现象，经过现场检测发现齿轮副齿侧间隙比正常值小了很多。

装配时我们调整好齿轮副的侧隙及接触精度，带载传动时往往从执行机构的结果表明装配精度没有达到预期的要求。分析其原因有：（1）没有载荷时由于各传动零件在重力作用下处于平衡状态，此时相互啮合的轮齿之间的侧隙属于重力作用下的位置，调整出的侧隙是合格的。当齿轮传递动力时，由于作用在齿轮轮齿上的力远远大于重力，引起轴的弯曲等现象，于是由重力确定的状态被破坏，使得侧隙有所变动；（2）由于回转机构采用开式传动，齿轮副采用润滑脂润滑，接触面之间的热量不能得到很好散发，引起齿轮的膨胀，减小了侧隙。

1 轮齿的侧隙

轮齿的侧隙是指装配好的齿轮副当一个齿轮固定时另一个齿轮的圆周晃动量，以分度圆上弧长计。

1.1最小轮齿侧隙的设计准则

为了保证齿面间形成正常的润滑油膜和防止由于齿轮工作温度升高引起热膨胀变形致使轮齿卡住，轮齿在啮合时必须有适当的齿侧间隙。

1.2最小轮齿副侧隙的计算

保证正常润滑油膜所需要的齿侧间隙，由润滑方式和分度圆的线速度确定，如图1所示。

图1 齿侧间隙图

1.2.1热变形所需要的轮齿侧隙j _{nmin 2}

用下列公式计算：

j _{n min 2}=2α（α₁△t₁-α₂ △t₂）sinα_n(1)

式中：j _{n min 2}——温度补偿侧隙，mm;

a——齿轮副中心距，mm;

α₁，α₂——齿轮、箱体材料的线膨胀系数，1/℃;

Δ_t1、Δ_t2——齿轮、箱体工作时相对于标准温度的温差，℃

α_n——法向压力角。

1.2.2 因齿轮加工、安装误差导致侧隙减小值

K=[f ²_pb1+f ²_pb2+(F_βcosα_n)² +(f_xsinα_n)² +

(f_ycosα_n)²]^1/2(2)

式中：K——误差补偿侧隙，mm;

f_pb1、f_pb2——齿轮副的基节极限偏差，mm;

F_β——齿向公差，mm;

f_x、f_y——齿轮副轴线x和y方向的平行度公差，mm.

1.2.3中心距偏差为负值致使侧隙减小值G

当齿轮副的中心距偏差为负值时，中心距相对缩小，使轮齿侧隙减小值用下列公式计算：

G=2 f_αsinα_n(3)

式中：G——中心距补偿侧隙，mm;

f_a——中心距偏差，mm。

1.2.4 齿厚偏差形成轮齿侧隙计算j_{n min}

用下列公式计算：

j_{n min}＝ j_{n min1}＋j_{n min2}+K+G (4)

式中：j_{n min}——齿轮副实际工作所需要最小齿侧间隙，mm.

2 齿轮副侧隙的调整方法

获得侧隙的方法有两种：一种是基齿厚制，即固定齿厚的极限偏差，通过改变中心距基本偏差来获得不同的最小极限侧隙；另一种方法是基中心制，即固定中心距的极限偏差，通过改变齿厚的上偏差来得到不同的最小极限侧隙。

在回转机构的传动中，小齿轮与回转轴承安装在一起，是标准件，齿厚不能改变，为了满足齿轮承受大载荷的需要，小齿轮的厚度不能减小。

还需要采用正变位来增加齿轮厚度。所以用该种方法获侧隙在回转机构的侧隙调整是无效的。必须采用基齿厚制，即通过改变中心距基本偏差来获得不同的最小极限侧隙。

3 偏心套解决方案

偏心套是采用基齿厚制中的最好方法：在小齿轮轴的外侧安装一偏心套。如图2所示，偏心套的外圆圆心为O₁，圆2为偏心套的内孔，圆心为O₃，也是小齿轮的圆心。偏心套的内外孔之间的偏心距为e，O₂为大齿轮的圆心，L为偏心套外圆圆心与大齿轮中心之间的距离。通过旋转偏心套，即调整O₁O₂与O₁O₃之间的夹角θ，可以实现大小齿轮的中心距O₂O₃ 之间的距离——L（θ）的改变，从而达到改变轮齿侧隙的调整。