矿用磨机传动齿轮强度校核及材料选用

王天林　邱政华

摘 要：矿用磨机是选矿厂的主要设备，传动齿轮作为磨机的主要零件，其使用寿命直接影响着设备的性能和运行效率。文章介绍了开式齿轮的强度校核理论及常用材料。

关键词：矿用磨机；齿轮；强度校核；材料选用

磨机是用于破碎之后，选别之前，将一定粒度的矿石或其他物料磨制成工艺所需粒度的粉磨设备，广泛应用于黑色金属和有色金属选矿、化工、电力、建材、环保脱硫等行业。根据筒体内研磨介质可分为球磨机、棒磨机、自磨机和半自磨机。根据传动形式可分为齿轮传动、中心传动及环形电机驱动。近年来，随着国民经济的持续快速增长，矿产资源和矿产品的需求越来越大，加之提高生产效率以及节能减排的要求，矿用磨机向着大型化、巨型化和自动化的方向快速发展，双边驱动齿轮磨机的装机功率已达17000kW。

1 传动齿轮强度校核理论概述

矿用磨机的传动齿轮作为磨机关键部件，合理的确定其参数，对提高其使用寿命、提高磨机运转率及减少磨机维修费用有很重要的作用，能取得良好的社会效益和经济效益。矿用磨机的工作环境比较恶劣，虽然磨机的大小齿轮都有罩子，但密闭不良，因而它属于开式齿轮传动。目前，国内机械设计手册或齿轮手册中对于大型重载开式齿轮传动缺乏有针对性计算指导， 一般仅校核其弯曲强度。美国AGMA组织经过30 多年、三个版本的更新与改进，针对圆柱筒体磨机开式齿轮承载能力计算形成了完善的计算体系，能够为磨机大型开式齿轮传动的设计提供完整、可靠的理论依据，其最新的公制版标准为ANSI/AGMA 6114-A06。与GB/ISO标准将实际接触、弯曲应力作为计算对象与许用接触、弯曲应力对应进行比较不同，在AGMA6114-A06 标准中，分别计算大、小齿轮的许用接触功率和许用弯曲功率，得到四个许用功率值，取最小值作为齿轮副的许用传递功率。比较许用传递功率与实际驱动功率值，当实际驱动功率小于许用传递功率时，说明当前设计参数下的齿轮副能够传递当前的驱动功率，否则设计参数需要进行调整。

在AGMA6114-A06中，大、小齿轮的许用接触功率计算式为：

下标1表示小齿轮，下标2表示大齿轮，CSF接触强度服务系数，KSF弯曲强度服务系数。对于球磨机、自磨机和半自磨机，CSF取值1.5/1.75（功率>3350kW），KSF取值2.5；对于棒磨机，CSF取值1.65/1.75（功率>3350kW），KSF取值2.6。AGMA6114-A06 标准计算过程参数较多，为便于工程应用，我们基于Matlab平台，编制GUI界面校核软件，如图1。

2 常用齿轮材料选用

在AGMA6114-A06 标准计算许用功率过程中，需要用到齿轮材料的热处理状态及硬度，现将矿用磨机常用齿轮材料整理如表1，供各位朋友参考。

ZG310-570常用在筒体直径3600mm以下的磨机，ZG34Cr2Ni2Mo常用在筒体直径≥6000mm的磨机；37SiMn2MoV常用来制造齿轴分体的齿轮，17Cr2Ni2Mo常用来制造轴齿轮。

3 结束语

以上介绍了磨机齿轮传动的工作形式，并简要介绍了AGMA6114-A06标准的校核过程，推荐了不同规格磨机的齿轮材料，对于矿用磨机传动齿轮的设计以及优化，具有一定的指导意义。

参考文献

[1]秦大同，谢里阳.现代机械设计手册[M].化学工业出版社，2011.

[2]ANSI/AGMA 6114-A06：Gear Power Rating for Cylindrical Shell and Trunnion Supported Equipment（Metric Edition）.AGMA，2006.

[3]中国重型机械工业协会，等.重型机械标准[M].云南科技出版社，2007.