论文导读：齿轮是机械传动的一个关键部件。特别是开放式炼胶机的驱动齿轮由于负荷大,受冲击严重,转速低,润滑不良,而且工作环境恶劣，粉尘污染严重,齿面常发生剧烈磨损。2复焊法修复大小驱动齿轮。
关键词：开放式炼胶机，齿轮，修复
1 概述
齿轮是机械传动的一个关键部件。科技论文。受材质、加工精度、热处理工艺、几何精度、润滑状态及负荷、转速、环境等诸多因素的影响,齿轮会发生各种各样的损伤,如断齿、点蚀剥落、胶合或磨损,造成齿轮失效,至使齿轮的寿命差别很大,长则十几年,短则数十天。
在橡胶等行业常用的橡胶机械设备上,因受空间、重量等限制, 常采用制造简单、更换方便的开式齿轮传动。特别是开放式炼胶机的驱动齿轮由于负荷大, 受冲击严重, 转速低,润滑不良, 而且工作环境恶劣，粉尘污染严重,齿面常发生剧烈磨损。其小齿轮长则使用十几个月,短则使用5 个月,其齿厚磨损量就已达到报废标准, 大齿轮寿命也只有2～3 年左右。频繁更换齿轮,不仅耗费了大量的人力、物力、财力,同时也常因检修而影响生产, 更重要的是因齿轮寿命不稳定,现场必须时时关注设备的安全运行问题,现场人员思想压力较大。科技论文。
2原用齿轮的磨损失效分析
由于开放式炼胶机作业区的空气中漂浮有大量粉尘, 这些微粒多为碳黑、钙、硅等元素的化合物,其中有些颗粒硬度超过齿轮齿面硬度,当这些颗粒落到齿面上, 则被油脂粘附在上面不易滑落,随着轮齿的相互啮合, 受强大压力作用, 较硬的粉尘颗粒被嵌入齿面;因为齿轮齿面间是滚滑混合运动,粉尘颗粒被挤搓前进,就会在齿面上划出一条条鳞刺状划痕;继续受压应力作用, 一个个鳞刺疲劳脱落, 就形成磨损颗粒。科技论文。随着磨粒越来越多, 齿面磨损会越来
越快,严重时会一层层剥下,或一条条撕脱。
3 开放式炼胶机驱动齿轮的修复方法
开放式炼胶机在橡胶混炼工艺中，因其负载高，操作环境差，因而造成驱动齿轮的主要失效形式是，齿轮齿面磨损。
以某厂炼胶车间XK560炼胶机为例，在大修理中出现以下情况，大小驱动齿轮磨损严重。实测数据为，小驱动齿轮齿根厚20mm，大驱动齿轮齿根厚28mm。
一、 修理方案的选择：1 更换新的大小驱动齿轮。
2复焊法修复大小驱动齿轮。
3大小驱动齿轮换位修复法。
二、 方案的比较：如果磨损后的齿根强度足够的话，第3种方案最为经济可靠，而且修理工艺简便易行。
三、 为防止磨损后的轮齿发生折断，对轮齿的弯曲强度进行如下校核，为安全起见，假定全部载荷都作用在一个轮齿齿顶上，轮齿根部受到弯矩最大，轮齿相当于一个悬臂梁，磨损后的齿根处是危险断面，其弯曲应力最大。在校对时应保证驱动齿轮σb不超过许用弯曲应力[σb]。
即  
图 1
式中K…载荷系数.取K=1.3
T1…小驱动齿轮传动的扭矩. XK560开放式炼胶机 取8.562×106Nmm
αf…负荷线与O点速度方向之间的夹角.载荷作用角,取30°
Lf…危险截面与压力Ft的距离. 取Lf=34mm （实侧值）
b…齿轮工作宽度. 已知为270mm
d1…小驱动齿轮分度圆直径. 已知为288mm
α…齿轮压力角. 取α=20°
[σb]…许用弯曲应力. 查表计算得 152N／mm2
S1…磨损后的齿根危险截面宽度. Mm
计算结果
S1≥18.37mm
 
图2图 3
因为小驱动齿轮齿根厚实侧值为20mm，大驱动齿轮齿根厚实侧值28mm。
因此齿根危险截面实侧值均大于S1值。所以在此齿轮反面修复法对的弯曲
强度来讲是不存在问题的。但从结构方面来讲，小驱动齿轮可不经任何直接
反面装配。而大驱动齿轮的结构如图2，由于其台阶的影响不能直接反面配.
于是提出将齿轮台阶切断,将原大驱动齿轮结构分成2件,即圆套1齿轮将齿
轮2原斜键加工成与原斜度相反的键槽后反面装配的方案如图3.
这样键的工作长度减少了,需对它进行强度校核,楔件联接装配后的受力情况,如图4a所示,其主要失效形式是相互楔紧的工作面被压挤,故应校核各工作面的抗挤压强度.
当传递扭矩时(图4b) 为了简化把键和轴视为一体,并将下放分布在半圆柱面上径向压力集中力N代替,由于沿键的工作长度L及沿宽度b上的压力分布情况均较以前发生了变化,压力的合力N不再通过轴心.计算时假设沿键长均匀分布,沿键宽为三角形分布, 则整个工作面上压力合力N的最大许用值为
N ＝bL[σb]P／2
X ＝b／6 Y ＝d／2
取键与轮毂及键与键与轴槽面的摩擦系数f,则可近似求得允许的传递扭矩为:
T＝1／12bL（b﹢6fd）[σb]N㎜
修理后的楔键应满足下列关系
T＝1／12bL（b﹢6fd）[σb]≥T
式中 T--键传递的扭矩 Nmm
b--键宽. 已知b=70mm
L--键的工作长度 已知L=270mm
f--摩擦系数 0.15 (查表)
d--轴径 已知d=300mm
[σb]－许用挤压应力 90MPa
T1－工作扭矩 3.45×107 N㎜ （XK560开放式炼胶机计算值）
将以上数据代入(3)得
T＝4.82×107N㎜ ≥ T1
即键的工作长度虽然减少,但强度足够,证明该方案可行,根据以上计算结果,可采用换位修复法,此法维修工艺简单,维修费用低,比更换一对驱动齿轮节约费用20000元.
图 4a 图 4b
4 结论
但需要说明的一点是,采用此法,由于齿厚未恢复到原齿厚,同时轮齿在一个方向上作用负荷后又反方向作用时,其弯曲疲劳寿命、疲劳极限都将减少.因此,在使用寿命上不能达到原设计要求,此外,对装有反转点动及反接制动装置的开炼机,在反转时有较大的冲击,尽管如此,笔者认为,这种修复齿轮的实际生产中是确实可行的,特别对大驱动齿轮的修复效益是显著的.此法在该厂开炼机的大修中已多次使用过,如果能在齿厚磨损刚超过1/5齿厚时进行反面修复,效果更好,此法也同样适用于速比齿轮及其他传动齿轮的修复.
参考文献:
〔1〕橡胶工业手册第七分册 化学工业出版社，1982
〔2〕材料力学 浙江大学主编 人民教育出版社，1979
〔3〕机械设计手册（第三版） 化学工业出版社，1993
〔4〕实用机械传动设计手册 科学出版社。1994
〔5〕机械设备维修技术吴先文主编 人民邮电出版社，2008
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