論文導讀：齒輪是機械傳動的一個關鍵部件。特別是開放式煉膠機的驅動齒輪由于負荷大,受沖擊嚴重,轉速低,潤滑不良,而且工作環境惡劣，粉塵污染嚴重,齒面常發生劇烈磨損。2復焊法修復大小驅動齒輪。
關鍵詞：開放式煉膠機，齒輪，修復

　　1 　概述
　　齒輪是機械傳動的一個關鍵部件。科技論文。受材質、加工精度、熱處理工藝、幾何精度、潤滑狀態及負荷、轉速、環境等諸多因素的影響,齒輪會發生各種各樣的損傷,如斷齒、點蝕剝落、膠合或磨損,造成齒輪失效,至使齒輪的壽命差別很大,長則十幾年,短則數十天。
　　在橡膠等行業常用的橡膠機械設備上,因受空間、重量等限制, 常采用制造簡單、更換方便的開式齒輪傳動。特別是開放式煉膠機的驅動齒輪由于負荷大, 受沖擊嚴重, 轉速低,潤滑不良, 而且工作環境惡劣，粉塵污染嚴重,齒面常發生劇烈磨損。其小齒輪長則使用十幾個月,短則使用5 個月,其齒厚磨損量就已達到報廢標準, 大齒輪壽命也只有2～3 年左右。頻繁更換齒輪,不僅耗費了大量的人力、物力、財力,同時也常因檢修而影響生產, 更重要的是因齒輪壽命不穩定,現場必須時時關注設備的安全運行問題,現場人員思想壓力較大。科技論文。
　　2原用齒輪的磨損失效分析
　　由于開放式煉膠機作業區的空氣中漂浮有大量粉塵, 這些微粒多為碳黑、鈣、硅等元素的化合物,其中有些顆粒硬度超過齒輪齒面硬度,當這些顆粒落到齒面上, 則被油脂粘附在上面不易滑落,隨著輪齒的相互嚙合, 受強大壓力作用, 較硬的粉塵顆粒被嵌入齒面;因為齒輪齒面間是滾滑混合運動,粉塵顆粒被擠搓前進,就會在齒面上劃出一條條鱗刺狀劃痕;繼續受壓應力作用, 一個個鱗刺疲勞脫落, 就形成磨損顆粒。科技論文。隨著磨粒越來越多, 齒面磨損會越來
　　越快,嚴重時會一層層剝下,或一條條撕脫。
　　3 開放式煉膠機驅動齒輪的修復方法
　　開放式煉膠機在橡膠混煉工藝中，因其負載高，操作環境差，因而造成驅動齒輪的主要失效形式是，齒輪齒面磨損。
　　以某廠煉膠車間XK560煉膠機為例，在大修理中出現以下情況，大小驅動齒輪磨損嚴重。實測數據為，小驅動齒輪齒根厚20mm，大驅動齒輪齒根厚28mm。
　　 一、 修理方案的選擇：1 更換新的大小驅動齒輪。
　　2復焊法修復大小驅動齒輪。
　　3大小驅動齒輪換位修復法。
　　 二、 方案的比較：如果磨損后的齒根強度足夠的話，第3種方案最為經濟可靠，而且修理工藝簡便易行。
　　 三、 為防止磨損后的輪齒發生折斷，對輪齒的彎曲強度進行如下校核，為安全起見，假定全部載荷都作用在一個輪齒齒頂上，輪齒根部受到彎矩最大，輪齒相當于一個懸臂梁，磨損后的齒根處是危險斷面，其彎曲應力最大。在校對時應保證驅動齒輪σb不超過許用彎曲應力[σb]。
　　 即
　　圖 1
　　式中K…載荷系數.取K=1.3
　　T1…小驅動齒輪傳動的扭矩. XK560開放式煉膠機 取8.562×106Nmm
　　 αf…負荷線與O點速度方向之間的夾角.載荷作用角,取30°
　　 Lf…危險截面與壓力Ft的距離. 取Lf=34mm （實側值）
　　 b…齒輪工作寬度. 已知為270mm
　　 d1…小驅動齒輪分度圓直徑. 已知為288mm
　　 α…齒輪壓力角. 取α=20°
　　 [σb]…許用彎曲應力. 查表計算得 152N／mm2
　　 S1…磨損后的齒根危險截面寬度. Mm
　　計算結果
　　 S1≥18.37mm
　　
　　 圖2圖 3
　　 因為小驅動齒輪齒根厚實側值為20mm，大驅動齒輪齒根厚實側值28mm。
　　因此齒根危險截面實側值均大于S1值。所以在此齒輪反面修復法對的彎曲
　　強度來講是不存在問題的。但從結構方面來講，小驅動齒輪可不經任何直接
　　反面裝配。而大驅動齒輪的結構如圖2，由于其臺階的影響不能直接反面配.
　　于是提出將齒輪臺階切斷,將原大驅動齒輪結構分成2件,即圓套1齒輪將齒
　　輪2原斜鍵加工成與原斜度相反的鍵槽后反面裝配的方案如圖3.
　　這樣鍵的工作長度減少了,需對它進行強度校核,楔件聯接裝配后的受力情況,如圖4a所示,其主要失效形式是相互楔緊的工作面被壓擠,故應校核各工作面的抗擠壓強度.
　　當傳遞扭矩時(圖4b) 為了簡化把鍵和軸視為一體,并將下放分布在半圓柱面上徑向壓力集中力N代替,由于沿鍵的工作長度L及沿寬度b上的壓力分布情況均較以前發生了變化,壓力的合力N不再通過軸心.計算時假設沿鍵長均勻分布,沿鍵寬為三角形分布, 則整個工作面上壓力合力N的最大許用值為
　　N ＝bL[σb]P／2
　　X ＝b／6 Y ＝d／2
　　取鍵與輪轂及鍵與鍵與軸槽面的摩擦系數f,則可近似求得允許的傳遞扭矩為:
　　 T＝1／12bL（b﹢6fd）[σb]N㎜
　　修理后的楔鍵應滿足下列關系
　　T＝1／12bL（b﹢6fd）[σb]≥T
　　式中 T--鍵傳遞的扭矩 Nmm
　　 b--鍵寬. 已知b=70mm
　　 L--鍵的工作長度 已知L=270mm
　　 f--摩擦系數 0.15 (查表)
　　 d--軸徑 已知d=300mm
　　 [σb]－許用擠壓應力 90MPa
　　 T1－工作扭矩 3.45×107 N㎜ （XK560開放式煉膠機計算值）
　　將以上數據代入(3)得
　　 T＝4.82×107N㎜ ≥ T1
　　即鍵的工作長度雖然減少,但強度足夠,證明該方案可行,根據以上計算結果,可采用換位修復法,此法維修工藝簡單,維修費用低,比更換一對驅動齒輪節約費用20000元.
　　
　　圖 4a 圖 4b
　　4 結論
　　但需要說明的一點是,采用此法,由于齒厚未恢復到原齒厚,同時輪齒在一個方向上作用負荷后又反方向作用時,其彎曲疲勞壽命、疲勞極限都將減少.因此,在使用壽命上不能達到原設計要求,此外,對裝有反轉點動及反接制動裝置的開煉機,在反轉時有較大的沖擊,盡管如此,筆者認為,這種修復齒輪的實際生產中是確實可行的,特別對大驅動齒輪的修復效益是顯著的.此法在該廠開煉機的大修中已多次使用過,如果能在齒厚磨損剛超過1/5齒厚時進行反面修復,效果更好,此法也同樣適用于速比齒輪及其他傳動齒輪的修復.
　　
參考文獻:
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〔2〕材料力學 浙江大學主編 人民教育出版社，1979
〔3〕機械設計手冊（第三版） 化學工業出版社，1993
〔4〕實用機械傳動設計手冊 科學出版社。1994
〔5〕機械設備維修技術吳先文主編 人民郵電出版社，2008