甘蔗壓榨機專用JY系列中心傳動硬齒面減速器
眾所周知，一臺機器通常由三個部分組成即動力機、傳動裝置、工作機。此外，根據機器工作需要，可能還有控制系統、潤滑、照明等輔助系統。機械傳動裝置是指將動力機產生的機械能以機械的方式傳送到工作機構上去的中間裝置。甘蔗壓榨機的傳動裝置一般采用減速器，其作用是增大電動機的輸出轉矩，降低轉速，以滿足甘蔗壓榨機的使用要求。
與通用減速器相比，甘蔗壓榨機專用減速器的特點：
1.工作平均轉矩在31~274t.m之間，輸出轉速為6~48r/min，連續運轉。載荷性質為強沖擊，最大短時負荷可能比正常負荷大50%，是典型的低速重載齒輪減速器。
2.工作季節性很強。每年冬春工作120~150天，必須完成農民全年生產的甘蔗壓榨任務。
3.減速器的尺寸重量大、造價高，生產、安裝周期長，制造難度較大。
由于以上原因，甘蔗壓榨機減速器必須在長時間滿負荷連續運轉的情況下不會出現重大故障。
為了滿足減速器高可靠度、低失效概率的要求，我們在設計制造過程中遵循以下原則：
1.以用戶提供的準確的使用參數為設計的依據，進行有針對性的專項設計制造。參數包括原動機型號規格、轉速、功率、轉矩，壓榨機的轉速、轉矩、短時過載大小、連續運轉的時間，車間的環境條件以及環境的最高最低溫度等。
2.正確選擇傳動型式。壓榨機減速器類型很多，如：①側傳動圓柱齒輪減速器，結構簡單，制造、維護方便，但重量較大；②雙圓弧齒輪減速器，齒輪加工切齒深度要求高，不允許活向變位切削，裝配誤差要求嚴格，承載能力不夠充分發揮，存在嚴重點蝕斷齒現象，失效機率也很高，同時，齒輪精度不高，磨齒又困難；③中心傳動功率分流圓柱齒輪減速器，其重量、制造與維護難度、造價等比較適中，具有良好的綜合性能；④三環、二環減速器，內外齒輪偏心嚙合，同時嚙合齒數較多，理論上重量較小，但其嚙合處滑動較大，潤滑不充分，運轉不平穩，軸承承受沖擊負荷，且在制造上難以提高內齒輪的硬度和精度，在大型低速重載傳動中我們不采用三環、二環傳動。此外按齒形和熱處理方法不同，還有漸開線、硬齒面和中硬齒面之分。為了達到良好的性能價格比、便于維護保養，我們選擇中心傳動功率分流圓柱齒輪減速器為最佳傳動方案，齒輪為漸開線齒硬齒面齒輪，與雙圓弧齒相比它具有可淬硬、磨齒的優點，精度可達到6級甚至更高，承載能力高，運轉平穩。
3.優化齒輪幾何參數，優選齒輪材料，采用先進的制造工藝，保證足夠的強度裕度。在設計過程中我們主要的設計依據是德國施羅曼—西馬克（SMS）公司的設計公式、數據和我們積累的經驗數據。減速器的承載能力和性能主要決定于齒輪副。優化齒輪幾何參數，既包括齒輪傳動中心距、模數、齒數、螺旋角、齒寬等參數的搭配組合，各級齒輪等強度，也包括對強度、運轉平穩性、噪聲影響很大的變位系數、軸向重合度最佳值的選定。優化、合理的幾何參數可提高承載能力10%~25%，降低噪聲 2~3分貝。
我們采用高強度低碳合金鋼（20CrMnMo、20CrNi2MoA等）為齒輪的材料，毛坯經鍛造、預先熱處理、探傷后進入粗加工，滾齒后進行氣體滲碳、淬火，齒面硬度56-62HRC，精加工為磨齒、精度達到GB10095國家標準的6級精度甚至更高。采用這樣的材料的工藝加工出的齒輪基礎極限應力均值δHlim=1500N/mm2、齒根彎曲極限應力均值δFlim=450N/ mm2，比中碳合金鋼調質滾齒中硬齒面的δHlim=750mm2、δFlim=280mm2，有大幅度提高。而齒輪的承載能力（以傳遞的轉矩T表示）與δHlim的平方成正比。當幾何參數尺寸相同時，硬齒面減速器比中硬齒面減速器的δHlim翻一番，承載能力翻兩番。但必須說明，硬齒面齒輪必須磨齒精加工，確保齒面接觸率沿齒長達到80%以上，沿齒高達到70%以上，才能有效發揮其高承載能力的優勢。
減速器承載能力計算和安全度、失效概率的確定，我們主要按SMS方法選定，并用GB3480國家標準計算方法校核。考慮到我國材質與工藝水平比德國低，在計算中偏安全取值，一般將計算出的承載能力降低20-30%作為實際承載能力。如用于甘蔗壓榨機減速器的齒輪點面應力，德國SMS按它的公式計算允許δH=1150N/mm2、我們取δH≤1000N/mm2，SMS允許δH=150 N/mm2、我們取δF≤120N/mm2，設計中我們以安全系數SF、SH大于1.25為前提，確保失效概率低于1/1000，高速級甚至低于1/10000。
4.先進可靠的結構設計是發揮齒輪傳動性能的保障。結構設計我們仍采用SMS的數據，機體的壁厚、軸承座的強度剛度按輸出轉矩確定，因為我們實際選用的承載能力低于按SMS計算出的承載能力，所以相對強度剛度不低于SMS。SMS在結構可能時采用軸承偏心套調整齒面接觸率，我們在多次大型非標設計中的成功應用證明這是一項行之有效的高速措施，我廠已出廠的在制的甘蔗壓榨機減速器均采用了偏心套結構。齒輪和軸承一律采用專用齒輪油，循環供油強制潤滑，油量、油牌號和噴油嘴均按SMS的設計。
需要特別說明的是：均載機構是中心傳動減速器至關重要的環節。中心傳動減速器在實際使用中如果沒有采取有效的均載措施，則會造成大齒輪兩邊的小齒輪無法同時帶動大齒輪，先接觸到的齒輪承受200%的載荷，造成嚴重的偏載，導致嚴重的齒面損傷甚至斷齒。我們參考了德國、美國、日本等國的多種均載方案，采用了兩流負荷均載的辦法，利用人字齒輪浮動機構，精確計算浮動工力和靈活性，采用無鍵聯結，促使兩流工作同步。下面我在圖上給大家作一個簡單介紹。
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綜上所述，JY系列中心傳動硬齒面減速器是甘蔗壓榨機理想的傳動裝置，我們在設計和制造上均采取了諸多的先進措施，確保減速器能在榨糖機獨特的工況下持續滿負荷運轉。
JY系列中心傳動榨糖機減速器有九種規格（最小2×650、最大2×1400），傳動速比有十種（最小31.5，最大125），產品已形成系列化。而我廠又有生產坦克齒輪箱配備了精良的設備，擁有一批經驗豐富的優秀人才，因此，本系列減速器從設計制造技術是成熟的。多年以來，我們開發多種類型的大型重載、高精度齒輪減速器，全部使用良好，至今未見損壞、失效。如為涿神公司生產鑄鋁軋機主傳動裝置（輸出轉矩達2×50t·m），為上鋼五廠鋼管拉拔機配套的大型減速器（工作轉矩達123 t·m），均在長期滿負荷工作的情況下，使用了近10年，完好無損，仍在使用。
針對糖廠用戶的不同需求，我廠開發中心傳動硬齒面減速器的同時，還致力于多出軸減速器等多種產品的研究開發，為用戶提供更全面的服務。
任何機械設備在連續滿負荷運轉的情況下，要想達到預期壽命（一般按每天工作8小時，工作10年），都需用戶精心的維護與監管。例如：及時加油潤滑、更換潤滑油和易損件、排除小故障、嚴格遵守操作規程等。從圖上大家可以看出，對著各個齒輪副嚙合的位置我們都設置了觀察窗或視孔蓋，工作過程中很容易觀察到齒輪的嚙合情況。從結構上看，安裝、拆卸、維修都較方便，也便于使用過程中的維護、保養。希望我們供需雙方密切合作，讓中心傳動硬齒面減速器作為榨糖機傳動家族新的成員，為我國榨糖工業的發展作出更多的貢獻。
為進一步優化傳動結構、降低能耗，我廠正在研究開發新的一代產品組合式行星減速器。
巢湖市眾鑫機械設備有限公司技術部編寫
2012年12月12日
