速比齿轮参数对于开炼机调距范围的影响

李长路

（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁　大连　116039）

速比齿轮参数对于开炼机调距范围的影响

李长路

（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁大连116039）

开炼机是橡胶制品生产中应用最广泛的一种设备，根据生产工艺的要求，辊筒的辊距需要调节，而辊距的调节范围取决于速比齿轮的参数。经过分析和计算发现，减小速比齿轮的压力角a、减小速比齿轮的齿数z1和增大速比齿轮的齿顶高系数h*a均能够扩大辊筒的调距范围，因此可以通过合理设计速比齿轮的参数来满足某些开炼机对于较大调距范围的要求。

开炼机；速比齿轮；重合度；辊距

开炼机是橡胶制品生产中应用最广泛的一种设备，开炼机的工作原理如图1所示。胶料在两个相对回转的滚筒上，依靠两个辊筒间不同的线速度，在摩擦力作用下被拉入辊缝，通过辊缝断面的缩小，使胶料受到强烈的剪切与挤压，同时在一定的温度条件下使橡胶分子链发生氧化断裂，增加可塑性，从而达到炼胶的目的。为了便于设计和制造，国内外大多数企业生产的开炼机前后辊筒的直径均相同，通过前后辊筒转速的不同来实现辊筒线速度的不同，其中典型的设计方案是在前后辊筒上分别安装速比齿轮，前辊筒通过速比齿轮来驱动，在设计上使两个速比齿轮的齿数不同，从而使前后辊筒转速不同，辊筒的结构如图2所示。由于渐开线齿轮具有中心距可分性，当两个齿轮的中心距相对于理论中心距发生变化时，其传动比仍保持不变，所以速比齿轮的齿廓曲线大多选用渐开线。根据炼胶工艺的要求，两个辊筒之间的辊距需要调节，当两个辊筒之间的辊距增大时，两个速比齿轮之间的中心距亦增大，从而导致速比齿轮的重合度减小。根据渐开线齿轮连续传动的条件，齿轮副的重合度ε必须大于1，因此辊距不能无限扩大，只能在一定的范围内调节。由于齿轮副的重合度ε与齿轮的参数有关，因此，对于一些要求有较大调距范围的开炼机必须合理地设计速比齿轮的参数，从而在保证速比齿轮传动性能的前提下扩大辊距的调节范围。

图1　开炼机工作原理

1　齿轮副连续传动的最大中心距与齿轮参数之间的关系

一对外啮合直齿圆柱齿轮传动的示意图如图3所示，主动轮1推动从动轮2转动， B2点为轮2的齿顶圆与啮合线的交点，它是啮合起点； B1点为轮1的齿顶圆与啮合线的交点，它是啮合终点，实际啮合线段的长度为。工作时要求齿轮能够连续传动，即要求前一对轮齿在啮合终点B1以前啮合时，后一对轮齿已到达啮合起点B2啮合。因此，保证齿轮连续传动的条件是：≥B2K，式中线段B2K为相邻两齿同侧齿廓间的法向距离，即法向齿距。根据渐开线的性质可知，法向齿距B2K等于基圆上的齿距Pb，故上式可改写成≥Pb。实际啮合线段的长度与基圆上的齿距Pb之比称为重合度（也称为重叠系数），以ε表示。

图2　安装速比齿轮的辊筒结构

图3　外啮合圆柱齿轮传动示意图

则齿轮连续传动的条件可表示为：

式中：m—齿轮的模数；

a—齿轮的分度圆压力角。

根据图3中的几何关系，可得：

式中：z1，z2—两个速比齿轮的齿数，其中 ；z2=i×z1；i—大、小速比齿轮的传动比；

aa1，aa2—小、大速比齿轮的齿顶压力角；a′ —齿轮副的实际啮合角。

当齿轮副的安装中心距等于其理论中心距时，齿轮副的啮合角等于分度圆压力角，否则啮合角不等于分度圆压力角，实际啮合角a′按式（3）计算：

将上式带人式（1）中，可得：

a′的最大值即为齿轮副连续传动的最大中心距amax。其中，小齿轮的齿顶压力角aa1和大齿轮的齿顶压力角aa2分别由式（6）和式（7）计算：

式中： a—齿轮副的理论中心距；a′—齿轮副的实际中心距。

将式（3）代入式（2），经整理后得到：

式中：a —齿轮分度圆压力角；h*

a—齿顶高系数。

综合式（4）、式（5）和式（6）可见，齿轮副连续传动的最大中心距amax与齿轮副的理论中心距a、压力角a、传动比i，小齿轮齿数z1和齿顶高系数h*a这几个参数有关。然而对于某种型号的开炼机而言，速比齿轮的理论中心距a和传动比i都是设定好的，不允许改变，要扩大辊筒的调距范围只能从压力角a、小齿轮齿数z1和齿顶高系数h*a这三个参数入手。利用Excel软件编制计算程序，程序界面如图4所示，每次仅改变一个参数，其它两个参数不变，经过计算发现，减小压力角a、减小齿数z1和增大齿顶高系数h*a均能够增大最大中心距amax，反之，则减小最大中心amax距 。

图4　计算最大中心距 的程序

2　计算实例

以Ф450开炼机上应用的一对速比齿轮为例，已知辊筒中心距A=450，辊筒速比i=1:1.27，原设计参数：z1=22，z2=28，模数m=18，压力角a=20。，齿顶高系数h*a=1.0，按照重合度ε≥1的要求，将齿轮参数代入上述计算程序中，经计算得出最大中心距amax=462.077mm，即辊筒的最大调距范围0～12.077 mm。

下面利用该计算程序分别计算改变压力角 、小齿轮齿数 和齿顶高系数 对于最大中心距 的影响。

（1）其他参数不变，仅改变齿轮的压力角 ：将压力角a分别取a=18。、a=20。、a=25。代入计算程序，计算结果见表1，可见减小压力角a可以增大最大中心距aamx，反之将减小最大中心距aamx。

表1　改变压力角a对最大中心距amax的影响

表2　改变齿数z1对最大中心距amax的影响

表3　改变齿顶高系数h*a对最大中心距amax的影响

（2）其他参数不变，仅改变小齿轮齿数 ：将小齿轮齿数z1分别取z1=18。、z1=22。、z1=25。代入计算程序，计算结果见表2，可见减少小齿轮数z1可以增大最大中心距amax，反之将减小最大最大中心距amax。这里需要说明的是，当辊筒的中心距和速比一定时，速比齿轮的模数与齿数存在下述对应关系：

可见，减小小齿轮的齿数意味着增大齿轮的模数，因此增加速比齿轮的模数可以增大最大中心距amax。

（3）其他参数不变，仅改变齿顶高系数 ：将齿顶高系数h*a分别取h*a=0.8、h*a=1.0，h*a=1.2代入计算程序，计算结果见表3，可见增加齿顶高系数h*a可以增大最大中心距amax，反之将减小最大中心距amax。而且，在上述三个参数中，齿顶高系数h*a对于最大中心距amax的影响最大。

根据上述计算结果，重新设计速比齿轮的参数：z1=18，z1=23，模数m=22，压力角a=25。，齿顶高系数h*a=1.2，代入计算程序，经计算得出最大中心距amax=470.729，即辊筒的最大调距范围0～20.729。可见，按照新设计的参数，辊筒的调距范围可增加8.652mm。

3　结论

当速比齿轮的中心距和传动比一定时，减小压力角a、减小齿数Z1（即增大模数）和增大齿顶高系数h*

a均能够扩大辊筒的调距范围，因此可以通过合理设计速比齿轮的参数来满足某些开炼机对于较大调距范围的要求。同时，不可忽视在上述3个参数的设计上也存在相应的限制条件：①小齿轮齿数z1的选择应满足传动比要求和不产生根切的最少齿数限制；②齿顶高系数 h*a不能过大，过大的齿顶高系数会增大齿顶的滑动速度，从而增加齿轮的磨损；同时过大的齿顶高系数会使轮齿的齿顶变尖，从而导致齿顶厚度Sa无法满足设计要求（一般要求齿顶厚度Sa≥0.4 m）；③减少压力角a会降低齿轮的接触强度和弯曲强度，因此应慎重考虑通过改变压力角a来增大辊筒调距范围的可行性。

［1］ 成大先主编.机械设计手册（第五版），第3卷［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［2］ 杨顺根，白仲元主编.橡胶工业手册（修订版），第九分册，橡胶机械（上册）［M］.北京：化学工业出版社，1992.

［3］ 朱孝录主编.齿轮传动设计手册（第二版）［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［4］刘立鑫，张瑞厚等.开炼机速比齿轮改为高变位齿轮的设想［J］.橡胶技术与装备，1995，第21卷.

［5］马永林主编.机械原理［M］.北京：高等教育出版社，1992.

［6］ 唐国俊，李健镔主编.橡胶机械设计（上册）［M］.北京：化学工业出版社，1995.

（R-03）

Infl uence of ratio gear parameters on the range of adjustment of the open mill

Infl uence of ratio gear parameters on the range of adjustment of the open mill

Li Changlu
（Dalian Rubber & Plastics Machinery Co., LTD., Dalian 116039, Liaoning, China）

Open mill is a device widely used in the rubber production. According to the requirements of the production process, the roller pitch needs to be adjusted, and the adjustment range of the roll spacing depends on the parameters of the speed ratio gear. Through analysis and calculation, reducing the pressure angle, reducing the tooth numberand increasing the addendum coeffi cient of the speed ratio gear can expand the roller pitch range. Therefore, it is reasonable to design the parameters of the speed ratio gear to meet the requirements of the wide roller pitch range of open mills.

open mill; speed ratio gear; coincidence degree; roller pitch

TQ330.43

1009-797X（2016）20-0014-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.005

李长路（1981-），男，工程师，主要从事机械传动设备的研发、设计工作。

2016-09-07