某轮胎公司开炼机齿轮箱异响分析

王勇　赵文瑜

摘要：开炼机齿轮箱在客户某轮胎公司安装调试时空载试车存在异响，技术人员通过现场查看并进行理论分析，认为产生异响的原因是由于齿轮箱与主机轴之间使用十字轴万向联轴器。

关键词：开炼机；齿轮箱；异响；十字轴万向联轴器；轮胎公司 文献标识码：A

中图分类号：TQ330 文章编号：1009-2374（2015）18-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.042

开放式炼胶机（简称开炼机）是橡胶厂的主要设备之一，在轮胎公司被大量使用，和密炼式炼胶机、挤出压片机组炼胶机、单螺杆炼胶机是主要的四大炼胶设备。开炼机一般会被作为密炼机的下附机使用，也可能由5～7台开炼机组成开炼机群。开炼机一般由电机、齿轮箱和开练主机组成。我公司生产的XSK型开炼机齿轮箱是为开炼机配套的齿轮箱，是开炼机系统的传动机构。XSK型开炼机齿轮箱采用平行圆柱齿轮减速的传动形式，输入轴通过弹性联轴器与电机轴相联，由电机驱动，经过二～四级平行轴齿轮减速，输出轴Ⅰ得到输出转速n1，再经过两输出轴之间齿轮的减速与功率分流，输出轴Ⅱ得到输出转速n2，两输出轴分别通过联轴器把动力传递给开炼机滚筒。

1 发现问题

我公司生产的XSK660开炼机齿轮箱在某轮胎公司开练车间安装调试时，空载试车存在异响。我公司技术人员在现场查看判断异响声来自开炼机齿轮箱输出齿轮副，发现滚筒每转一周，该齿轮副会出现一次异常声。该齿轮箱与滚筒之间采用十字轴万向联轴器联接，为双输出结构。经过现场查看并查阅相关资料，确定该异响由十字轴万向联轴器引起。

2 原因分析

开炼机齿轮箱通常按如下步骤进行安装：在减速机输入轴、输出轴端面上划出中垂线，打样冲眼减速机就位，保证减速机输入轴、输出轴端面中垂线与基础轴向中心线重合。在减速机基准面上用水平仪校正水平，水平度允许误差为±0.04mm/m。找正可在箱体底面与基础面之间加垫块（片）或斜铁调整，垫块在高度方向最好不要超过两块，垫块为了不引起箱体变形，应在地脚螺栓两侧对称排列。校正水平后，减速机输入轴对电机轴，输出轴对转子轴应严格对中，在轴线和径向两个方向的同轴度都必须满足上述要求。优良的轴线和径向对中，就能得到联轴器优良的性能和长久的机械寿命，减速机和电机工作更加平稳，功耗最小。拧紧全部地脚螺栓，在此过程中要保证减速机不再移动。具体操作为将百分表固定在安装基础上，表头测量附近的减速机座表面，拧紧地脚螺栓过程中观察百分表是否发生改变，如发生改变，说明基础不平或垫块没有垫好，应重新校正。输入联轴器必须要留有6mm左右轴向间隙，输出联轴器内外齿在宽度方向对中。

万向联轴器使用自身机构的特点，使得两根轴不在同一轴线上，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并有效可靠地传递转矩和运动。万向联轴器具有结构错在较大的角向补偿能力、结构紧凑、传动效率高的特点。不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般在5°～40°之间。十字轴式万向联轴器是用量非常大的万向联轴器，轴承是十字轴式万向联轴器的易损件。几种大型十字轴式万向联轴器的主要区别在于轴承座和十字叉头的变化，形成不同结构形式。为保证主、从动轴的同步性，实际应用中均采用双联形式，双联的联接方式不外乎焊接或法兰盘通过螺栓联接，中间长短的变化可有多种形式。

具体分析如下：

对于单个十字轴万向联轴器，如图1模型示意图

所示：

当轴Ⅰ旋转一周，轴Ⅱ也跟着旋转一周，因此，单就整体转数而言，两轴保持一致。但其瞬时传动比则随其位置而变化，换言之，若轴Ⅰ以等角速度旋转，轴Ⅱ则为变角速度旋转。分析如下：

设主动轴Ⅰ与从动轴Ⅱ之间的夹角为α，当轴Ⅰ与轴Ⅱ回转一圈时，A和B两点的轨迹均为一圈，如图2所示，该两圆所在的平面分别垂直于轴Ⅰ与轴Ⅱ，可知该两圆之间的夹角也等于α。

取垂直于轴Ⅰ的平面为投影面，那么A点的轨迹在该投影面上的投影为一实际大小的圆（见图3中的C），而B点的轨迹为一椭圆（见图3中的D）。

由于OA与OB始终垂直，当OA平行于投影面时，OA与OB的投影始终相互垂直。当OA的位置位于OA0时（即轴Ⅰ的叉位于轴Ⅰ与轴Ⅱ所在的平面），OB应在OB0位置（即轴Ⅱ的叉位于轴Ⅰ与轴Ⅱ所在平面的垂直面内）。当OA旋转角度为βA，即OA旋转至OA1时（如图3），过O点做OA1的垂线，交投影椭圆于NB，那么ONB为此时OB的投影，∠B0ONB为B转过角度的投影，其大小等于βA，欲得B转过的实际角度βB，可转化成立体几何模型进行求解，如图4所示：

由图中几何关系可得：

，，故可得，所以，该式即为主动轴Ⅰ与从动轴Ⅱ之间的转角随两轴夹角的关系。现根据所得公式制作βB–βA曲线图，首先，将所得公式转化，根据三角函数公式，由已知，将其代入，便可得，由于此处可当作常值数来处理，故可设=E，=F，便可将公式转化成，由此式可推知，当时，取极值，由于一般情况下α不会太大，所设常值E接近1，得知当βB处于45°、135°（180°内）附近时，取极值。根据以上转化公式，可得如图5所示曲线：

由图5可见，当主动轴Ⅰ转角βA从0°转至90°（从动轴Ⅱ转角βB从-90°转至0°，图中未表示出，可推断），从动轴Ⅱ转角相对于主动轴Ⅰ是滞后的，即βB<βA，并且两角差值在βB=-45°附近时达到最大，随后减小，在此区间，从动轴Ⅱ旋转速度先减慢，后加快。当主动轴Ⅰ转角转过90°时，从动轴也同时转过0°，此时开始，主动轴Ⅰ转角βA从90°转至180°，从动轴Ⅱ转角βB从0°转至90°，从动轴Ⅱ转角相对于主动轴Ⅰ是超前的，即βB>βA，并且两角差值在βB=45°附近时达到最大，随后减小，在此区间，从动轴Ⅱ旋转速度先加快，后减慢。后半圈转动情况与前半圈转动情况相同。

因此，由以上分析可知，对于十字轴万向节联轴器，如果主动轴以等角速度转动，从动轴则时快时慢，即普通十字轴万向节联轴器的不等速性。且两轴夹角越大，两轴传动的不等速性越严重。

3 结语

此开炼机为双输出结构，两根输出轴均套有十字轴万向节联轴器，基于以上分析，加之两个十字轴万向节联轴器的随机位置的差异性，导致减速机输出轴转速与滚筒之间的转速差值的叠加，造成两轴的速度发生瞬时的改变，且在某个点达到最大，致使减速机内部齿轮发生撞击，产生异响。

参考文献

[1] 《机械设计手册》编写组.机械设计手册（第三卷）[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2] 《机械设计手册》编写组.机械设计手册（第四卷）[M].北京：机械工业出版社，1998.

[3] 王晓会.十字轴式万向联轴器的正确安装[J].农机使用和维修，2003，（6）.

[4] 赵成刚，张洛平.万向节运动特性与实验分析[J].公路和汽运，2008，（3）.

作者简介：王勇（1980-），男，江苏南京人，南京宁嘉机电有限公司工程师，研究方向：工业齿轮箱的研发、质量管理；赵文瑜（1984-），男，江苏南京人，南京宁嘉机电有限公司工程师，研究方向：工业齿轮箱的研发。

（责任编辑：黄银芳）