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摘要：本文所讲的球磨机，是一种以齿轮驱动为传动的机械设备，它是物料碎后再进行粉碎的重要设备，通常应用在水泥、建材、化肥、陶瓷等诸多生产领域。那么，球磨机的运行原理是怎样的呢？如何才能保证齿轮的正常运行呢？本文针对球磨机齿轮的振动进行了分析和处理，以供借鉴参考。
关键词：球磨机；大小齿轮；振动处理
在当前我国乃至世界的工业领域中，球磨机这样的粉球磨机械是十分常用且常见的。它能根据具体施工的需求和工艺的具体要求对各种硬度的材料进行粉磨处理。由于在单位的施工中，球磨机的运转率通常来说是比较高的，这样一来，就很容易发生球磨机小齿轮轴承座处振动方面的故障。无可厚非，引发振动的是多方面因素的结果，当然它所造成的危害也是客观存在的，因此，我们要在实际工作中对症下药，认真分析引起振动的原因，并及时准确地选取修复方法，排除故障。
1.球磨机振动原因分析
根据球磨机的结构，能够引起振动噪声大的原因有 2 个：一是轴承座滚动轴承故障；二是小齿轮损伤故障，如果是轴承失效的话，那么在振动频谱图上应该出现轴承的故障特征频率。然而，我们在振动频谱以及冲击脉冲谱上都始终没有发现轴承的故障频率，同时，我们通过另一种方式，即测量轴承温度的方式也未能发现轴承的温度过高的现象。因此判定造成球磨机动大的原因有可能来自小齿轮。齿轮常见的故障形式有齿面磨损、齿面接触疲劳和齿轮断齿。
2.球磨机齿轮啮合原理
接下来，笔者对啮合齿轮的运行原理进行介绍：首先，它是依靠主动轮的齿廓来推动从动轮的齿廓，以此来实现运动的传递功能。针对渐开线齿轮定传动，当主动轮开始出现回转的时候， 从动轮就需要按照给定的传动比作等速转动，此时，如若从动轮的转速并非恒定， 便会产生一定的惯性力， 这种惯性力从某种意义上讲是一种附加动载荷，它既可能影响齿轮的使用寿命， 又可能会引起较大的冲击与振动。因此，我们要想真正实现齿轮的定比传动， 就应当尝试通过积极地满足齿廓啮合的基本定律的方式来实现球磨机的齿轮啮合。
2.1 引起球磨机大小齿轮振动的原因主要有如下几种：
（1）在制造方面
在制造方面，球磨机的传动齿轮齿廓往往呈现出渐开线的齿形，基本都采用了标准的方式进行安装，但是不可否认的是它有一个重大的缺陷，那就是容易出现偏心等诸多问题，还可能会产生齿距误差以及齿形误差等看起来不起眼却影响较大的问题。
（2）在安装方面
在进行安装的过程中，影响球磨机齿轮工作效率与性能的因素很多，比如啮合齿轮的重合度、顶隙和侧隙的大小、模数等等。但是在实际安装中，齿顶与齿侧之间的间隙在全齿宽上并不是相同的，其重合度相对而言会变小，同时小齿轮和主轴两者的轴线之间是存在同轴度误差的，且常常会超出事前既定的误差范围，以上因素对于轮齿的啮合都会产生不利影响，从而导致球磨机在运行的时候产生较大的振动与冲击。
（3）运行环境
球磨机的运行环境也是主要影响原因之一，由于球磨机往往使用的开式齿轮通常都会在恶劣工作环境工作，且齿轮之间往往封闭的不严，加上齿面尚易落上沙尘等因素，造成齿面的磨损不断加速。
2.2球磨机振动案例分析
QMY2145溢流型球磨机是大红山铜矿于1997年投用的设备，主要用于将铜铁矿石加工成较细的矿浆。其中有一台球磨机就存在这样的故障，自从安装并投入使用后，它的大小齿轮就存在某种毫无规则的轻微性振动。经过十年左右时间的长期运行，到2008年5月该球磨机的小齿轮开始损坏，到2008年9月时，通过对小齿轮的更换，球磨机得以继续投入使用，然而轻微振动的现象仍然是无法消除的。直到到2012年2月份，该球磨机的振动突然性的变大，紧接着小齿轮轴和轴承也相继出现故障，后经过一定修复后可投入使用，2012年7月份小齿轮再次遭遇故障。
笔者认为球磨机大小齿轮的运行主要存在如下问题：（1）大齿轮的接头处存在跳动量大的问题，且大齿轮的齿面载荷存在分布不均匀的问题。经过分析，结合涂抹红丹粉到大齿轮齿面的原理，发现其中有1/4的齿面接触斑点较少，并且这些不合理现象全部集中地其中的一半大齿轮上。由此可分析得出，大齿在这里运行的时候，大小齿轮之间的啮合不是很好，且此时的小齿轮接触较少的部位所承受的载荷较大，不能进行长时间的运行。通过进一步的检查，发现大齿轮出现这一现象的原因是大齿轮毛坯件的内部应力未能完全释放，而如果在球磨机上进行使用，则会发生大齿轮的内部应力持续释放的现象，而与此同时没有得到充分释放的内部应力的那一半大齿轮则会出现变形，从而促使齿轮接头处的跳动陡然增大。一般来讲，当这部分大齿轮与小齿轮啮合的时候，就会造成齿面压应力集中或载荷分布不均匀，倘若长期运行，则小齿轮出现疲劳损坏的问题。（2）大齿轮基准轴线与小齿轮基准轴线之间一般并不是平行的。因此，在实际的应用当中，往往采用压铅法对球磨机大小齿轮的啮合进行检测，但是实际上球磨机的大小齿轮基准轴线并不平行，这在实际中很快就会发现。因为小齿轮不能进行有效固定，当球磨机投入使用后，小齿轮就会受到重负荷大齿轮的巨大挤压，由此轴承座就会产生较大的位移，造成大小齿轮基准轴线出现一些偏移。
3.球磨机大小齿轮振动的预防与处理
3.1开式齿轮传动的安装、转向要求
从物理角度分析，球磨机的小齿轮最佳的角度应当在20°左右，此时大齿轮对小齿轮的压力方向刚好是垂直向上的，转动轴收到的压力也是垂直向下的，这样就能够减少球磨机传动端主轴承（轴瓦）的受力，不仅能够减少磨损，而且有利于对小齿轮轴承的联接螺栓和地脚螺栓的工作，增加运行平稳性。与此同时，在这个角度范围，能够减小球磨机横向占地的面积，从而为球磨机主轴承和传动轴承的基础能够固定在同一平面上，这样方便对小齿轮进行更换。倘若球磨机转向与图示方向相反，会造成地脚联接螺栓松脱和折断。 3.2球磨机大小齿轮啮合的调整
（1）调整与处理球磨机的大小齿轮接触面斑点。为了有效消除球磨机四分之一的大齿轮齿面接触较差的难题，我们可以采用手工磨削的办法来加工接触斑点少的大齿轮齿面，通过这样的加工处理，能够把有明显凸起和飞边的部位进行削平修复。通过多次试验发现球磨机的大小齿轮啮合得到极大改善。
（2）重新调整轴线之间的平行度。我们从球磨机齿顶间隙数据的计算可以得知，要想调整两轴线之间的平行度，我们可以采取如下两种方法进行调整：
一方面可以通过调整大齿轮基准轴线来实现，因为球磨机的轴线与大齿轮轴线是重合的，需要重点对球磨机的前轴瓦座进行调整，然而这一移动是幅度较大的，位移高达23.06 mm，不难发现这样的调整十分费时，且后续的刮瓦处理也必不可少，可知这一方法可取性不强；另一方面可以通过小齿轮基准轴线的调整来实现，这里主要包括对小齿轮轴承座进行调整，利用压铅法对球磨机大小齿轮齿顶的间隙进行测量，从而对两轴线平行度是否合适进行确定，但此时我们需要调整的部位就想对较多，不仅仅是需要调整小齿轮轴的承座，而且要对球磨机的主电机和慢速盘车装置等进行及时的调整，这样才能确保与小齿轮轴同心，本文中笔者就采用了该调整方法。以案例分析调整其结果如下：
项目 大齿轮径向跳动量/mm 齿顶间隙 齿侧间隙
前 后 前 后
测量平均值 0.23 6.80 6.78 1.86 1.89
参考值 <=0.3 6.25 6.25 1.13-2.25 1.13-2.25
调整小齿轮基准轴线与大齿轮基准轴线的平行度达到要求后，为防止球磨机带负荷工作后，小齿轮轴承座地脚螺栓往往无法承受大齿轮在运行过程中对小齿轮造成的径向推力，以致齿轮轴线的平行度发生扭曲，产生误差，因此可以考虑通过对小齿轮轴承座的四周进行钢板焊接，从而达到有效固定轴承的目的。
3.3齿轮的加固密封
对齿轮的加固密封，可以考虑利用废旧橡胶带，在观察孔盖、上下齿轮罩与罩体之间加一层保护膜，从而减轻振动，为提高密封效果，阻止尘沙侵蚀提供有效保障。
3.4不合理的齿轮轴装配引起的振动
因为大小齿轮顶间和齿侧两者之间的间隙不够合理，导致小齿轮发生振动的情况，因此我们要先对其合理性和转动时顶间和齿侧间隙的大小进行检测，这一做法的最大优势在于弥补了齿轮在制造和装配过程中的误差，以免齿轮被卡住无法运行。
4.技术改造措施
4.1在购买设备时，要严格按照有关标准验收，坚决杜绝不合格产品的流入。
4.2严格遵守球磨机的安装标准和检修标准，保证球磨机各部件之间满足安装要求，特别是电机主轴和小齿轮的轴线之间的同轴度，小齿轮轴线和大齿轮轴线之间的平行度以及齿侧间隙和齿顶间隙，都要精确安装调试。
4.3改进润滑装置，把齿轮润滑方式改为自动喷油润滑，确保润滑油的充分供给，避免形成干摩擦和轮齿磨损过快。
4.4改造齿轮护罩，把齿轮护罩从半开式改为封闭式，尽可能地减少齿轮副啮合面的漂浮物和小颗粒数量，同时改进球磨机衬板螺栓的密封结构，杜绝球磨机漏浆和磨损现象的发生。
5.结束语
综上所述，大红山铜矿的球磨机经过多次反复的调整，其运行效能相对来说更加稳定，各项安装参数已经达到了相关规范的要求。球磨机齿轮的振动问题能够得到有效解决，齿轮的运转相对过去来讲，在摩擦减少的情况下，逐渐变的越来越平稳，从而保证齿轮和小齿轮以及配套轴承的使用寿命得到明显的提高， 有效地提高了球磨机的作业效率，总的生产量也得到大幅度的增加，同时降低了生产成本、人力资源等费用。
参考文献：
[1]陈泽民，忻良昌.公差配合与测量技术 [M].北京： 机械工业部出版社， 1986
[2]丁康，李巍华.齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术 [M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]罗启亮，羊仕福.磨矿装置球磨机大小齿轮啮合故障分析及处理[J]. 磷肥与复肥，2013，05：62-63.
[4]崔小超.球磨机传动系统状态检测与振动分析[D].辽宁科技大学，2012.
关键词：球磨机；大小齿轮；振动处理
在当前我国乃至世界的工业领域中，球磨机这样的粉球磨机械是十分常用且常见的。它能根据具体施工的需求和工艺的具体要求对各种硬度的材料进行粉磨处理。由于在单位的施工中，球磨机的运转率通常来说是比较高的，这样一来，就很容易发生球磨机小齿轮轴承座处振动方面的故障。无可厚非，引发振动的是多方面因素的结果，当然它所造成的危害也是客观存在的，因此，我们要在实际工作中对症下药，认真分析引起振动的原因，并及时准确地选取修复方法，排除故障。
1.球磨机振动原因分析
根据球磨机的结构，能够引起振动噪声大的原因有 2 个：一是轴承座滚动轴承故障；二是小齿轮损伤故障，如果是轴承失效的话，那么在振动频谱图上应该出现轴承的故障特征频率。然而，我们在振动频谱以及冲击脉冲谱上都始终没有发现轴承的故障频率，同时，我们通过另一种方式，即测量轴承温度的方式也未能发现轴承的温度过高的现象。因此判定造成球磨机动大的原因有可能来自小齿轮。齿轮常见的故障形式有齿面磨损、齿面接触疲劳和齿轮断齿。
2.球磨机齿轮啮合原理
接下来，笔者对啮合齿轮的运行原理进行介绍：首先，它是依靠主动轮的齿廓来推动从动轮的齿廓，以此来实现运动的传递功能。针对渐开线齿轮定传动，当主动轮开始出现回转的时候， 从动轮就需要按照给定的传动比作等速转动，此时，如若从动轮的转速并非恒定， 便会产生一定的惯性力， 这种惯性力从某种意义上讲是一种附加动载荷，它既可能影响齿轮的使用寿命， 又可能会引起较大的冲击与振动。因此，我们要想真正实现齿轮的定比传动， 就应当尝试通过积极地满足齿廓啮合的基本定律的方式来实现球磨机的齿轮啮合。
2.1 引起球磨机大小齿轮振动的原因主要有如下几种：
（1）在制造方面
在制造方面，球磨机的传动齿轮齿廓往往呈现出渐开线的齿形，基本都采用了标准的方式进行安装，但是不可否认的是它有一个重大的缺陷，那就是容易出现偏心等诸多问题，还可能会产生齿距误差以及齿形误差等看起来不起眼却影响较大的问题。
（2）在安装方面
在进行安装的过程中，影响球磨机齿轮工作效率与性能的因素很多，比如啮合齿轮的重合度、顶隙和侧隙的大小、模数等等。但是在实际安装中，齿顶与齿侧之间的间隙在全齿宽上并不是相同的，其重合度相对而言会变小，同时小齿轮和主轴两者的轴线之间是存在同轴度误差的，且常常会超出事前既定的误差范围，以上因素对于轮齿的啮合都会产生不利影响，从而导致球磨机在运行的时候产生较大的振动与冲击。
（3）运行环境
球磨机的运行环境也是主要影响原因之一，由于球磨机往往使用的开式齿轮通常都会在恶劣工作环境工作，且齿轮之间往往封闭的不严，加上齿面尚易落上沙尘等因素，造成齿面的磨损不断加速。
2.2球磨机振动案例分析
QMY2145溢流型球磨机是大红山铜矿于1997年投用的设备，主要用于将铜铁矿石加工成较细的矿浆。其中有一台球磨机就存在这样的故障，自从安装并投入使用后，它的大小齿轮就存在某种毫无规则的轻微性振动。经过十年左右时间的长期运行，到2008年5月该球磨机的小齿轮开始损坏，到2008年9月时，通过对小齿轮的更换，球磨机得以继续投入使用，然而轻微振动的现象仍然是无法消除的。直到到2012年2月份，该球磨机的振动突然性的变大，紧接着小齿轮轴和轴承也相继出现故障，后经过一定修复后可投入使用，2012年7月份小齿轮再次遭遇故障。
笔者认为球磨机大小齿轮的运行主要存在如下问题：（1）大齿轮的接头处存在跳动量大的问题，且大齿轮的齿面载荷存在分布不均匀的问题。经过分析，结合涂抹红丹粉到大齿轮齿面的原理，发现其中有1/4的齿面接触斑点较少，并且这些不合理现象全部集中地其中的一半大齿轮上。由此可分析得出，大齿在这里运行的时候，大小齿轮之间的啮合不是很好，且此时的小齿轮接触较少的部位所承受的载荷较大，不能进行长时间的运行。通过进一步的检查，发现大齿轮出现这一现象的原因是大齿轮毛坯件的内部应力未能完全释放，而如果在球磨机上进行使用，则会发生大齿轮的内部应力持续释放的现象，而与此同时没有得到充分释放的内部应力的那一半大齿轮则会出现变形，从而促使齿轮接头处的跳动陡然增大。一般来讲，当这部分大齿轮与小齿轮啮合的时候，就会造成齿面压应力集中或载荷分布不均匀，倘若长期运行，则小齿轮出现疲劳损坏的问题。（2）大齿轮基准轴线与小齿轮基准轴线之间一般并不是平行的。因此，在实际的应用当中，往往采用压铅法对球磨机大小齿轮的啮合进行检测，但是实际上球磨机的大小齿轮基准轴线并不平行，这在实际中很快就会发现。因为小齿轮不能进行有效固定，当球磨机投入使用后，小齿轮就会受到重负荷大齿轮的巨大挤压，由此轴承座就会产生较大的位移，造成大小齿轮基准轴线出现一些偏移。
3.球磨机大小齿轮振动的预防与处理
3.1开式齿轮传动的安装、转向要求
从物理角度分析，球磨机的小齿轮最佳的角度应当在20°左右，此时大齿轮对小齿轮的压力方向刚好是垂直向上的，转动轴收到的压力也是垂直向下的，这样就能够减少球磨机传动端主轴承（轴瓦）的受力，不仅能够减少磨损，而且有利于对小齿轮轴承的联接螺栓和地脚螺栓的工作，增加运行平稳性。与此同时，在这个角度范围，能够减小球磨机横向占地的面积，从而为球磨机主轴承和传动轴承的基础能够固定在同一平面上，这样方便对小齿轮进行更换。倘若球磨机转向与图示方向相反，会造成地脚联接螺栓松脱和折断。 3.2球磨机大小齿轮啮合的调整
（1）调整与处理球磨机的大小齿轮接触面斑点。为了有效消除球磨机四分之一的大齿轮齿面接触较差的难题，我们可以采用手工磨削的办法来加工接触斑点少的大齿轮齿面，通过这样的加工处理，能够把有明显凸起和飞边的部位进行削平修复。通过多次试验发现球磨机的大小齿轮啮合得到极大改善。
（2）重新调整轴线之间的平行度。我们从球磨机齿顶间隙数据的计算可以得知，要想调整两轴线之间的平行度，我们可以采取如下两种方法进行调整：
一方面可以通过调整大齿轮基准轴线来实现，因为球磨机的轴线与大齿轮轴线是重合的，需要重点对球磨机的前轴瓦座进行调整，然而这一移动是幅度较大的，位移高达23.06 mm，不难发现这样的调整十分费时，且后续的刮瓦处理也必不可少，可知这一方法可取性不强；另一方面可以通过小齿轮基准轴线的调整来实现，这里主要包括对小齿轮轴承座进行调整，利用压铅法对球磨机大小齿轮齿顶的间隙进行测量，从而对两轴线平行度是否合适进行确定，但此时我们需要调整的部位就想对较多，不仅仅是需要调整小齿轮轴的承座，而且要对球磨机的主电机和慢速盘车装置等进行及时的调整，这样才能确保与小齿轮轴同心，本文中笔者就采用了该调整方法。以案例分析调整其结果如下：
项目 大齿轮径向跳动量/mm 齿顶间隙 齿侧间隙
前 后 前 后
测量平均值 0.23 6.80 6.78 1.86 1.89
参考值 <=0.3 6.25 6.25 1.13-2.25 1.13-2.25
调整小齿轮基准轴线与大齿轮基准轴线的平行度达到要求后，为防止球磨机带负荷工作后，小齿轮轴承座地脚螺栓往往无法承受大齿轮在运行过程中对小齿轮造成的径向推力，以致齿轮轴线的平行度发生扭曲，产生误差，因此可以考虑通过对小齿轮轴承座的四周进行钢板焊接，从而达到有效固定轴承的目的。
3.3齿轮的加固密封
对齿轮的加固密封，可以考虑利用废旧橡胶带，在观察孔盖、上下齿轮罩与罩体之间加一层保护膜，从而减轻振动，为提高密封效果，阻止尘沙侵蚀提供有效保障。
3.4不合理的齿轮轴装配引起的振动
因为大小齿轮顶间和齿侧两者之间的间隙不够合理，导致小齿轮发生振动的情况，因此我们要先对其合理性和转动时顶间和齿侧间隙的大小进行检测，这一做法的最大优势在于弥补了齿轮在制造和装配过程中的误差，以免齿轮被卡住无法运行。
4.技术改造措施
4.1在购买设备时，要严格按照有关标准验收，坚决杜绝不合格产品的流入。
4.2严格遵守球磨机的安装标准和检修标准，保证球磨机各部件之间满足安装要求，特别是电机主轴和小齿轮的轴线之间的同轴度，小齿轮轴线和大齿轮轴线之间的平行度以及齿侧间隙和齿顶间隙，都要精确安装调试。
4.3改进润滑装置，把齿轮润滑方式改为自动喷油润滑，确保润滑油的充分供给，避免形成干摩擦和轮齿磨损过快。
4.4改造齿轮护罩，把齿轮护罩从半开式改为封闭式，尽可能地减少齿轮副啮合面的漂浮物和小颗粒数量，同时改进球磨机衬板螺栓的密封结构，杜绝球磨机漏浆和磨损现象的发生。
5.结束语
综上所述，大红山铜矿的球磨机经过多次反复的调整，其运行效能相对来说更加稳定，各项安装参数已经达到了相关规范的要求。球磨机齿轮的振动问题能够得到有效解决，齿轮的运转相对过去来讲，在摩擦减少的情况下，逐渐变的越来越平稳，从而保证齿轮和小齿轮以及配套轴承的使用寿命得到明显的提高， 有效地提高了球磨机的作业效率，总的生产量也得到大幅度的增加，同时降低了生产成本、人力资源等费用。
参考文献：
[1]陈泽民，忻良昌.公差配合与测量技术 [M].北京： 机械工业部出版社， 1986
[2]丁康，李巍华.齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术 [M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]罗启亮，羊仕福.磨矿装置球磨机大小齿轮啮合故障分析及处理[J]. 磷肥与复肥，2013，05：62-63.
[4]崔小超.球磨机传动系统状态检测与振动分析[D].辽宁科技大学，2012.