齿轮减速机维护

2022-01-10魏长柏李涛

冶金设备 2021年6期

魏长柏李涛

（河钢集团承德钢铁分公司河北承德067000）

1 前言

齿轮减速机（以下简称减速机）是机械传动的重要组成部分，是一种封闭在箱体内的齿轮或蜗杆传动所组成的独立传动装置，通常应用于原动机和工作机之间，具有传递大扭矩和改变轴线之间相互关系的作用，因此被大量应用。作为传动机构，减速机在现实中具有非常重要的作用，如其中一台减速机出现故障，将造成停产并产生大量的故障时间，造成损失。因此，减速机的维护是设备维护工作重点［1］，减速机的日常点检、维修内容需要一些方法、以及很高的检查标准以保证其检修质量，确保减速机在使用周期内不出故障。

2 故障分析

在减速机使用过程中的故障检测方法一般分为：听音、测温、测振、螺栓紧固、模型诊断［2］。在大多数的实际工作中，前四种方法被大量的应用。减速机的故障诊断是一个在现场的实际工作中逐步积累的过程，需要大量的工作经验才能准确判断故障原因。在故障原因被找到以后，减速机将利用检修时间下线维修。立式轧机减速机如图1所示。

图1 某轧钢厂立式轧机减速机

故障实例：在正常轧钢速度下，无钢坯通过时，减速机表现出不规则，间断的异声；当钢坯通过时声音变为明显的、浓厚的嗡嗡声；测量的速度振动值为4.4mm／s，数值超过正常范围上限；各部位轴承温度52℃，在规定的报警范围内；各部位螺栓无松动现象。

故障原因：通过检查发现，2段齿轮轴与伞齿轮接触部位存在错位现象。初步判断故障原因为2段齿轮轴键槽磨损、连接件键磨损、伞齿轮键槽磨损。

修复过程及处理方法：减速机下线解体，更换2段齿轮轴一根、更换伞齿轮一对，其他附件根据测量结果进行更换。

3 故障判断与维修

3.1 减速机下线

下线前检查事项：电机与减速机的联轴器是否脱开、减速机与底座连接螺栓是否松开、各介质管路是否脱开并保证无干涉、其余附属工作准备到位［3］。同时有一个重要的事项，应在底座上焊接减速机箱体定位块或者顶丝，有了定位块和顶丝，在减速机修理完毕安装时可以确保其位于正确的工作位置上，利于减速机位置的调整。

3.2 减速机修理

减速机在工作位置吊运至修理区域后则进入了线下修理的过程，以下对修理过程进行简述。

3.2.1 解体

吹扫箱体，保证减速机表面无杂物及灰尘、避免在解体过程中发生异常。

拆除箱体附属管路、拆除相应部位连接螺栓。在此过程中应对照图纸检查，因减速机在箱体内部有时也存在连接螺栓，如不拆除会对后续工作造成返工。螺栓及附属管路拆除后应放入固定存放区［4］，并对其进行检查清理，螺栓除锈、浸油，保证上线时无异常。

3.2.2 零件检查与测量

箱体分离后，减速机内部结构呈现。首先应对其备件进行初步检查：

齿轮、轴检查，内容包括：齿面烧伤、点蚀、磨损、断齿、裂纹等；同时转动快速轴，检查齿轮是否与对应轴存在相对位移，以确保键槽及键无异常。

轴承检查，内容包括：点蚀、保持架损坏、烧伤、辊子表面金属剥落、生锈等。

箱体检查，内容包括：裂纹、焊口开裂等。

初步检查完毕后，可以决定减速机更换零件的一部分内容，剩下的更换内容需要对减速机数据进行测量而决定，同时此数据也是减速机上线后数据的一个参照。

测量内容：

（1）齿侧隙。安装齿轮侧间隙，是指一对啮合齿轮的非工作表面，沿法线方向的距离。一对安装的啮合齿轮必须留有齿侧间隙，以补偿齿轮制造与安装时的精度公差，以及传递载荷时的弹性变形和由于受温度影响的变形，并可贮存一定量的润滑油，以改善齿轮表面的润滑状态［5］。通常齿轮的侧间隙在确保正常使用的情况下越小越好，在制造时是根据齿轮所使用要求的精度等级来设计的。

齿轮标准保证侧间隙是基本的侧间隙规范。对于冶金机械设备的闭式传动采用Dc，对于开式传动则采用较大侧隙De，可根据表1、表2、表3查取。

表1 圆柱齿轮的保证侧间隙

表2 圆锥齿轮的保证侧间隙

表3 蜗轮传动的保证侧间隙

齿轮侧间隙增大，是由于齿轮磨损产生的。侧间隙的调整如有偏心套杯，可进行微调，如无偏心套杯，侧间隙无法调整。因此在综合备件费用的情况下，允许侧间隙适当增大，最大侧间隙为安装间隙的2～3倍。同时，在侧间隙范围正常情况下，还应对照图纸测量齿轮的磨损量，表4为磨损范围。

表4 磨损范围

齿轮侧间隙的测量方法日常中分为两种：压铅法、百分表法［6］。

压铅法：选择合适的软铅丝，沿从动齿轮一直轮齿的齿宽方向将3段铅丝等距离使用油脂黏贴在该齿轮上，注意在实际工作中，齿宽在200mm以下，可黏贴2断铅丝，同时铅丝的长度不应短于5个齿。然后转动齿轮，经挤压后软铅丝变扁其压扁处即为齿轮的实际顶间隙，齿面侧铅丝厚度和即为侧间隙，注意测量时应使用外径千分尺，测量位置为铅丝最薄处。缺点为费时，测量不是很准确，优点为可测量出顶侧间隙，在实际应用中大量应用。

百分表法：固定好百分表，将百分表指针垂直于齿面，轻轻反复转动齿轮，百分表读数即为齿轮侧间隙。较压铅法优点为测量结果准确，省时。需要测量精密尺寸时被大量应用。

现场实际工作中，为了互相验证其测量结果，往往两者同时使用。

对于上例减速机，按照每段轴距，进行测量，其中3段轴与4段轴轴距为180mm，则理论间隙为0.17mm，实际侧间隙为0.42mm，证明3段轴与4段轴齿轮侧隙正常。

（2）齿接触。齿轮啮合时，齿的工作表面因互相滚压而留有可见的痕迹，所显示的接触斑点可以判断齿轮传动的装配质量，齿轮啮合是否正确。齿接触标准按精度等级选定见表5。

表5 齿接触标准精度等级

测量方法：通常用红铅油薄而均匀的涂抹在小齿轮的齿面上，并且涂抹位置应根据转动方向涂抹在受力面上，按正确的转动方向快速转动齿轮，检查大齿轮表面着色情况。接触率应符合表4中情况，不符合应继续检查或者更换备件。

（3）轴承游隙。

径向游隙，轴承不同等级的原始侧间隙值可根据轴承类型、孔径从轴承样本中查取。检查过程中，测量值不允许大于2倍的原始径向游隙。测量时需使用塞尺进行检测。

轴向窜动量。通常称其为轴承轴向游隙，对装配间隙不可调整的滚动轴承，因受热膨胀产生轴向移动，这样因内外圈相对移动而使轴承径向间隙减小［7］。甚至使滚动体在内外圈之间卡住，故在装配时，常将双支承中的其中一个轴承和其端盖之间留有轴向间隙a。

式中：L—轴承间的距离，mm；

∂—线膨胀系数；

Δt—轴工作温度与环境温度之差值，℃。

实际应用时可按经验数据a取0.25mm～0.40mm。当a＞1mm时，应进行更换。

对间隙可调整的滚动轴承，在装配确定调整必要的间隙时，是通过轴承和其端盖之间的垫片来进行调正的，其垫片是金属的［8］。当a＞1mm时应进行调正或更换。

轴承的径向游隙，可在轴承样本中套取，轴向游隙则需要根据径向游隙计算出，如表6列出所示。

表6 轴向游隙

Yo值可在轴承样本中查取。

测量方法为百分表法。轴承端盖应紧固牢靠，取值为轴向运动后百分表测量值差的绝对值。

根绝上述检查及测量过程，就可以对减速机的所有主要零件是否存在故障有了认识，根据问题情况进行逐步更换处理。

4 装配

4.1 减速机的组装

根据上述检查及测量过程，对减速机的所有主要零件是否存在故障有了认识，根据问题情况进行逐步更换处理。

上述事例中，更换2段齿轮轴一根、更换伞齿轮一对，并且根据测量结果对快速轴轴承31330、NU2332、31232及24132进行更换。更换过程中，首先应对备件各个尺寸校合，使其符合图纸要求，其次对各个备件进行清理，去除零件表面保护层等，最后按照适合的方法对齐安装。

清理过程中不应使用角磨机，应使用细砂纸进行打磨，最大限度的保护原有零件尺寸。

齿轮装配方法分为热装法、冷装法。现场实际中，因液氮的使用存在危险，同时可能存在无材料现象，往往热装法被大量应用，但是冷装法装配更结实，更无污染。

齿轮的热装最高能加热到多高温度，取决于过盈量大小。通常齿轮与轴之间有两种配合，一种是带键槽，另一种是完全过盈－不带键槽。通常情况下，根据齿轮材质，加热到150℃～180℃情况下，齿轮就可装入轴上，但是实际中，为了确保装配无异常，需要计算齿轮的热膨胀量，保证涨出量大于原有过盈量的10丝即可。可根据公式进行计算：考虑到低温回火，热装温度也不应高出计算温度30℃～40℃。加热过程中，应用温度计实时测量温度，保证不超过计算温度，并且采用定尺法检测其实际尺寸是否符合。装配中，应稳、准、狠、快速的装入，并且装入后立即将压盖锁住，同时采用自然冷却的方法，不能使冷水冷却，使其淬火。环类金属零件的热膨胀了计算公式：

式中：Δd—直径膨胀量，mm；

a—材料的膨胀系数，值为1.25×10－5／℃；

d0—初始直径，mm；

t1，t0—变化后的温度和初始温度，℃。

轴承的装配方法包括锤击法、液压机装配法、热装法。现场实际应用中，热装法被大量应用。热装法局势将轴承放入油中进行加热到一定温度，使轴承内孔膨胀后在装配到轴上。实际中，轴承一般的加热温度达到80℃～110℃就可达到轴承的装配要求，温度不能超过120℃，超过120℃后轴承材质性能将发生变化。为了保证安装顺畅，安装前需用游标卡尺进行定尺测量，保证其顺利进入。现高科技发展，轴承加热器也可代替油加热，其特点是升温快，无污染，但是油加热的温度均匀性、可靠性、润滑性又是轴承加热器无法取代的。

各个零件装配完毕后，就需上线对减速机进行组装，需要注意，组装前务必对减速机内部油路进行吹扫，保证供油的顺畅，保证每个供油点无异常。

减速机组装完毕后，就是对各种数据的测量，以保证上线后无异常，其过程就是重复拆卸过程中的步骤，对安装数据进行校合，并对数据进行记录，其方法是对照拆卸步骤校合尺寸。

装配完毕后，进行封箱。封箱中，箱体结合面密封通常采用密封胶密封，型号一般为乐泰587粘合剂，涂抹过程中，密封胶不可涂抹太厚，保证其压实后厚度为0.05mm即可。封箱完毕后需对各连接螺栓进行检查，是否可靠紧固，并且用塞尺对箱体集合面进行检查，保证其缝隙不可超过0.05mm即可。检查附属管路是否可靠连接，并且连接之前一定对进行吹扫。

4.2 减速机上线

线下减速机组装完毕后，减速机即将上线，上线过程中主要注意两点，一是减速机与电机的同轴度及平行度的调整，二是减速机地脚螺栓的紧固。

同轴度与平行度的调整方法，现场中主要运行两种，分别为三坐标测量法及百分表法，但是往往百分表法在现场实际检修中被大量的应用。百分表法又采用的是双表法进行测量，以保证同轴度及平行度同时进行调整。百分表法检测过程中保证其中一端可靠固定，另一端绕轴座圆周运动，对测量的差值用加垫法对减速机进行调整。同轴度与平行度的要求在0.05mm之内，以保证转动的稳定性。

地脚螺栓为保证其可靠紧固，需对其预紧力进行计算，

拧紧力矩计算公式为：

式中：d—螺栓公称直径，mm；

F—预紧力，N；K—拧紧力系数。

一般规定拧紧后螺纹连接件预紧力不得大于其材料的屈服点σs的80%，预紧力F计算公式为：

式中：σs—螺栓材料的屈服点，MPa；

As—螺栓公称应力截面积，mm2。

标准数据查表即可。

减速机安装完毕后，附属管路进行安装，现场实际中，法兰的连接有时会使用胶皮垫进行密封，此种方法应尽量避免，可能造成油路堵塞，使减速机故障频发。

4.3 减速机调试。

减速机安装完毕后，需对减速机进行调试。调试前还需检查减速机各个润滑部位的润滑，确保供油正常。根据电机实际转数，应分阶段、分时间进行运转，譬如10%转数转20min，20%转数转10min，50%转数转10min，80%转数转10min，100%转数转2h以对其进行烤机，在转动过程中，辅以各种检测听音、测温、测振，以保证无异常。烤机完毕后，还需打开窥视孔对减速机齿轮、轴承等进行检查。