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[摘 要]本文通过对环面蜗杆减速机铜轴套频繁磨损现象进行详细分析，结合铜轴套实际安装尺寸，论证了用双列圆锥滚子轴承替代部分铜轴套的可行性，并对现场煤气发生炉进行了改造试验，取得了良好效果。
[关键词]环面蜗杆减速机；磨损；双列圆锥滚子轴承
中图分类号：TQ548 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0268-01
煤气发生炉是煤气站重要设备之一，是保证氧化铝焙烧炉高产的基础。环面蜗杆减速机是煤气发生炉灰盘的驱动装置，由变频调速电机驱动，经过摆线针轮减速机和环面蜗杆减速机机构，通过蜗杆与蜗轮之间连续啮合使煤气发生炉灰盘做缓慢运动起到正常排灰作用，保证了煤气发生炉连续稳定运行[1]。铜轴套磨损是环面蜗杆减速机频繁发生的故障之一，经统计，从2009年5月至2011年5月，共更换了130件铜轴套，每次更换铜轴套需停止电机运行，严重制约了生产，因此，延长铜轴套的使用寿命可提高煤气发生炉的利用率，具有重要的意义。本文就针对铜轴套使用寿命过短这一问题展开分析，给出解决方案并进行试验。
1 环面蜗杆减速机机构和铜套磨损现象简述
蜗杆减速机机构如图1所示，由变频调速电机驱动，经过摆线针轮减速机减速后带动蜗杆轴转动，通过平键传递扭力保证了蜗杆与蜗轮之间连续啮合。从图1可以知道铜轴套在蜗杆减速机机构中起到两个作用：第一，作为底座作用，利用铜轴套的大端面承受推力球軸承对它的轴向力；第二，作为轴瓦作用，承受蜗杆轴对它作用的径向分力。因此，铜轴套磨损也表现在轴向和径向两个方向：当推力球轴承损坏后不及时安排更换，铜轴套大端面会受到磨损，但班组按时点检能够及时发现问题，使推力球轴承处于受控状态，减少铜轴套大端面磨损的现象；目前，铜轴套磨损主要集中在径向方向，表现为内孔被磨损（如图1）。
2 铜轴套磨损原因分析及结论
2.1 蜗杆机构受力分析[2]
蜗杆传齿面上的法向力可分解为三个相互垂直的分力如图2所示：圆周力、轴向力和径向力。当蜗杆轴和蜗轮轴交错成90°时，蜗杆圆周力等于蜗轮轴向力，蜗杆轴向力等于蜗轮圆周力，蜗杆径向力等于蜗轮径向力。
2.2 铜轴套受力分析
蜗杆的轴向力由推力球轴承完全承受，间接传递到铜轴套大端面，当推力球轴承保持完好时，蜗杆的轴向力不会对铜轴套大端面造成损坏；蜗杆的径向力在蜗杆轴与铜轴套做旋转运动时转化为摩擦力，由铜轴套承受。铜轴套是多元合金，由软的机体和均匀分布在机体上的硬点构成，硬度比蜗杆轴45#钢的硬度小，受到摩擦力作用时易形成磨料磨损，起到保护蜗杆轴的作用。因此，在原设计上铜轴套是消耗件，需进行周期更换。但铜轴套过度磨损，导致了蜗杆减速机安装参数的变化，会引起异响，加速推力球轴承和蜗轮的磨损，降低设备的整体性能，同时采购成本过高，需1200元/件，不符合干、管、省的生产经营理念。
2.3 结论
由以上分析认为设计上存在缺陷是造成铜轴套需频繁更换的原因，要保持设备良好的性能，必须采取措施延长铜轴套的使用寿命，确保机组良性稳定运行。
3 解决方案的构思及试验
在实际中，许多旋转设备都使用了轴承来承受径向力，因此，我们也可以使用滚动轴承代替部分铜轴套来承受径向力，既保证蜗杆良好的旋转性能，又避免蜗杆轴对铜轴套造成磨损。剩余的铜轴套保持原有功能：大端面作为推力球轴承的底座承受轴向推力；当轴承损坏后，蜗杆轴的径向力再次作用到铜轴套上，保持设备良性运行，及时安排更换轴承可降低铜轴套的磨损量，通过这样可大大延长铜轴套的使用寿命。
3.1 确定轴承型号
由于要用轴承代替部分铜轴套，首先我们要确定铜轴套的尺寸，如图4所示。从图4可知，选择轴承必须符合以下两个基本要素：
第一，轴承厚度不大于120mm；
第二，轴承外径必须等于铜轴套小端面外径125mm。
同时经过查阅是《最新轴承手册》得知，载荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据载荷的大小、方向和性质选择轴承[3]。
a、载荷大小一般情况下，滚子轴承是线接触，承载能力大，适用于承受较大载荷；
b、载荷方向在承受轴向与径向联合载荷且轴向载荷很大的情况下，可选用角接触球轴承或者圆锥滚子轴承（如图3）；
c、载荷性质有冲击载荷时，宜选用滚子轴承；
由以上三点并结合环面蜗杆减速机属于低速重载设备决定选用圆锥滚子轴承，由于圆锥滚子轴承的滚子是线接触的设计，因此它能为主轴提供很高的刚性和承载[4]。经查询双列圆锥滚子轴承352214E符合要求，参数见表1
3.2 试验
对302#炉环面蜗杆减速机进行改造，由表1知道需把铜轴套截短75mm，将部分蜗杆轴加工至外径70mm过盈配合装配双列圆锥滚子轴承，机构其余部分尺寸和安装不变。经过三个多月的观察发现蜗杆减速机运行平稳，各项性能参数正常，铜轴套未见异常磨损，达到了预期的效果。
4 结束语
在详细分析了环面蜗杆减速机铜轴套使用寿命过短的基础上，提出了相应的改造方案并进行了试验，取得了良好的效果，对相关行业和环面蜗杆减速机的管理具有积极的借鉴作用。
参考文献
[1]王自强，发生炉煤气基本知识问答，全国煤气科技信息网（内部资料），2002.
[2]刘江南，郭克希，等.机械设计基础.湖南.湖南大学出版社，第一版2005.12.
[3][4]张松林.最新轴承手册.北京.电子工业出版社，2007.1：119-120.
[关键词]环面蜗杆减速机；磨损；双列圆锥滚子轴承
中图分类号：TQ548 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0268-01
煤气发生炉是煤气站重要设备之一，是保证氧化铝焙烧炉高产的基础。环面蜗杆减速机是煤气发生炉灰盘的驱动装置，由变频调速电机驱动，经过摆线针轮减速机和环面蜗杆减速机机构，通过蜗杆与蜗轮之间连续啮合使煤气发生炉灰盘做缓慢运动起到正常排灰作用，保证了煤气发生炉连续稳定运行[1]。铜轴套磨损是环面蜗杆减速机频繁发生的故障之一，经统计，从2009年5月至2011年5月，共更换了130件铜轴套，每次更换铜轴套需停止电机运行，严重制约了生产，因此，延长铜轴套的使用寿命可提高煤气发生炉的利用率，具有重要的意义。本文就针对铜轴套使用寿命过短这一问题展开分析，给出解决方案并进行试验。
1 环面蜗杆减速机机构和铜套磨损现象简述
蜗杆减速机机构如图1所示，由变频调速电机驱动，经过摆线针轮减速机减速后带动蜗杆轴转动，通过平键传递扭力保证了蜗杆与蜗轮之间连续啮合。从图1可以知道铜轴套在蜗杆减速机机构中起到两个作用：第一，作为底座作用，利用铜轴套的大端面承受推力球軸承对它的轴向力；第二，作为轴瓦作用，承受蜗杆轴对它作用的径向分力。因此，铜轴套磨损也表现在轴向和径向两个方向：当推力球轴承损坏后不及时安排更换，铜轴套大端面会受到磨损，但班组按时点检能够及时发现问题，使推力球轴承处于受控状态，减少铜轴套大端面磨损的现象；目前，铜轴套磨损主要集中在径向方向，表现为内孔被磨损（如图1）。
2 铜轴套磨损原因分析及结论
2.1 蜗杆机构受力分析[2]
蜗杆传齿面上的法向力可分解为三个相互垂直的分力如图2所示：圆周力、轴向力和径向力。当蜗杆轴和蜗轮轴交错成90°时，蜗杆圆周力等于蜗轮轴向力，蜗杆轴向力等于蜗轮圆周力，蜗杆径向力等于蜗轮径向力。
2.2 铜轴套受力分析
蜗杆的轴向力由推力球轴承完全承受，间接传递到铜轴套大端面，当推力球轴承保持完好时，蜗杆的轴向力不会对铜轴套大端面造成损坏；蜗杆的径向力在蜗杆轴与铜轴套做旋转运动时转化为摩擦力，由铜轴套承受。铜轴套是多元合金，由软的机体和均匀分布在机体上的硬点构成，硬度比蜗杆轴45#钢的硬度小，受到摩擦力作用时易形成磨料磨损，起到保护蜗杆轴的作用。因此，在原设计上铜轴套是消耗件，需进行周期更换。但铜轴套过度磨损，导致了蜗杆减速机安装参数的变化，会引起异响，加速推力球轴承和蜗轮的磨损，降低设备的整体性能，同时采购成本过高，需1200元/件，不符合干、管、省的生产经营理念。
2.3 结论
由以上分析认为设计上存在缺陷是造成铜轴套需频繁更换的原因，要保持设备良好的性能，必须采取措施延长铜轴套的使用寿命，确保机组良性稳定运行。
3 解决方案的构思及试验
在实际中，许多旋转设备都使用了轴承来承受径向力，因此，我们也可以使用滚动轴承代替部分铜轴套来承受径向力，既保证蜗杆良好的旋转性能，又避免蜗杆轴对铜轴套造成磨损。剩余的铜轴套保持原有功能：大端面作为推力球轴承的底座承受轴向推力；当轴承损坏后，蜗杆轴的径向力再次作用到铜轴套上，保持设备良性运行，及时安排更换轴承可降低铜轴套的磨损量，通过这样可大大延长铜轴套的使用寿命。
3.1 确定轴承型号
由于要用轴承代替部分铜轴套，首先我们要确定铜轴套的尺寸，如图4所示。从图4可知，选择轴承必须符合以下两个基本要素：
第一，轴承厚度不大于120mm；
第二，轴承外径必须等于铜轴套小端面外径125mm。
同时经过查阅是《最新轴承手册》得知，载荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据载荷的大小、方向和性质选择轴承[3]。
a、载荷大小一般情况下，滚子轴承是线接触，承载能力大，适用于承受较大载荷；
b、载荷方向在承受轴向与径向联合载荷且轴向载荷很大的情况下，可选用角接触球轴承或者圆锥滚子轴承（如图3）；
c、载荷性质有冲击载荷时，宜选用滚子轴承；
由以上三点并结合环面蜗杆减速机属于低速重载设备决定选用圆锥滚子轴承，由于圆锥滚子轴承的滚子是线接触的设计，因此它能为主轴提供很高的刚性和承载[4]。经查询双列圆锥滚子轴承352214E符合要求，参数见表1
3.2 试验
对302#炉环面蜗杆减速机进行改造，由表1知道需把铜轴套截短75mm，将部分蜗杆轴加工至外径70mm过盈配合装配双列圆锥滚子轴承，机构其余部分尺寸和安装不变。经过三个多月的观察发现蜗杆减速机运行平稳，各项性能参数正常，铜轴套未见异常磨损，达到了预期的效果。
4 结束语
在详细分析了环面蜗杆减速机铜轴套使用寿命过短的基础上，提出了相应的改造方案并进行了试验，取得了良好的效果，对相关行业和环面蜗杆减速机的管理具有积极的借鉴作用。
参考文献
[1]王自强，发生炉煤气基本知识问答，全国煤气科技信息网（内部资料），2002.
[2]刘江南，郭克希，等.机械设计基础.湖南.湖南大学出版社，第一版2005.12.
[3][4]张松林.最新轴承手册.北京.电子工业出版社，2007.1：119-120.