圆锥破碎机锥齿轮副调整方法

梁志理，张雁，徐侠剑，王麒

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

大型液压圆锥破碎机在矿山领域应用日趋广泛[1]。破碎机在现场安装时，保证其主要传动部件锥齿轮副的啮合至关重要。为保证设计要求及安装精度，减少现场安装难度，一般会在出厂前多次反复试装、检查，以达到齿轮副啮合要求[2-3]。厂内试装虽然保证了破碎机现场安装的质量，但增加了企业的生产周期及成本。贾维量等人[4]基于压铅法对锥齿轮侧隙调整及装配展开研究，研究表明，根据锥齿轮轴向调节量与法向侧隙的近似关系，计算出调整垫圈的厚度，保证高锥齿轮的装配精度，并提高其传动效率。郑鸣皋[5]通过将圆锥破碎机大锥齿轮中心线与偏心套中心线偏离A/2 (A为偏心轴套与机架衬套之间的间隙大小)，得出当齿轮副正常运转时，由于存在A/2偏移量，大锥齿轮中心线即为机架中心线，从而保证大锥齿轮顶点与小锥齿轮顶点重合，达到正常的齿轮啮合关系。唐日福等人[6]通过测量锥齿轮装配时的尺寸链和计算修配环的方法，提出利用组装修配法对锥齿轮的啮合间隙进行调整。

虽然大量研究者提出了不同方法保证锥齿轮齿轮副在装配过程中的齿侧间隙，但是，受不同工作条件及安装精度的提高，齿轮副啮合的齿侧间隙要求更加精准。笔者通过对中信重工所生产的大型液压圆锥破碎机厂内试装的实践及探索，提出大型破碎机锥齿轮齿轮副一次装配到位的方法，实现了大型液压圆锥破碎机不在厂内进行总装，从而降低了生产成本，提高了生产周期。

1 影响因素及研究方法

1.1 锥齿轮装配结构及影响因素

液压圆锥破碎机的传动方式是通过大、小锥齿轮之间的啮合传递力和转矩。因此，保证大、小锥齿轮之间在工作时齿面接触良好及齿轮副啮合准确是破碎机平稳安全运行的关键[7]。

液压圆锥破碎机结构如图 1 所示。通过对传动部结构分析发现，造成破碎机大、小齿轮副多次试装的主要影响因素有 2 点：一是加工制造的尺寸误差在装配时叠加，累积误差对大、小齿轮副实际啮合位置的影响[8]；二是实际齿侧间隙的调整[9]对小齿轮安装位置的影响。因此，控制及调整加工制造的尺寸误差叠加和实际齿侧间隙是保证大、小锥齿轮安装准确的重要因素。

图1 液压圆锥破碎机结构Fig.1 Structure of hydraulic cone crusher

1.2 原理及方法

为了解破碎机加工制造尺寸误差对大、小锥齿轮啮合位置的影响，笔者对圆锥破碎机各相关零部件装配数据进行采集、分析。通过测量相关零部件的实际加工尺寸，并对比理论尺寸，计算出大、小锥齿轮相关位置尺寸，如表 1 所列，得到大、小锥齿轮由于加工制造累积的尺寸误差，从而确定在装配过程中需要控制的实测误差。

表1 大、小锥齿轮相关位置Tab.1 Relative position of large and small bevel gear

此外，实际齿侧间隙的调整对小锥齿轮安装位置的影响，需要考虑图纸要求、制造配制对研以及设计安装要求，并且保证齿轮接触区域偏向小锥齿轮小端。因此，根据侧隙的变化量，需要增加小锥齿轮安装轴向移动量

式中：Δ jn为齿轮的侧隙变动量，mm；N为系数；α为小锥齿轮压力角，(°)；θ2为小锥齿轮节锥角，(°)。

综上所述，该方法通过计算得到在装配过程中需要控制实测误差和小锥齿轮安装轴向移动量，并在安装过程中调整大、小锥齿轮啮合的齿侧间隙，使齿侧间隙满足设计要求，实现锥齿轮副一次装配到位的目的。

2 测量结果及分析

2.1 加工对齿轮副啮合的影响

限于工业制造水平及加工精度，大、小锥齿轮及相关件在实际生产制造中存在加工误差，加工误差累积会对安装过程中齿轮副实际啮合位置产生影响。因此，在安装前需要测量能够影响齿轮副啮合的相关尺寸，得到由于加工累积造成的实测误差，进行加垫调装。

大、小锥齿轮啮合关系如图 2 所示。分析破碎机传动部位结构，对能够影响大、小锥齿轮齿轮副啮合的相关尺寸进行安装前测量。分别测量出大、小锥齿轮啮合交角中心至齿轮安装端面尺寸L1、L2；按照破碎机大锥齿轮装配关系，测出止推轴承尺寸B，破碎机下机架主轴中心孔止推轴承安装端面至副轴孔中心实测尺寸D，大齿轮安装座安装厚度实测尺寸C。大锥齿轮安装后，实际啮合中心与理论啮合中心的偏差尺寸

图2 大、小锥齿轮啮合关系Fig.2 Meshing relationship of large and small bevel gear

传动部装配关系如图 3 所示。测量出破碎机下机架副轴孔传动壳体安装端面至主轴孔中心实测尺寸E，并在传动部部件组装完成，各项检验均合格后，间接测量出左端内挡环左端面至传动壳体大法兰左端的确切尺寸F。安装时将小锥齿轮热装至传动部传动轴，靠紧左端内挡环左端面。小锥齿轮安装后，实际啮合中心与理论啮合中心的偏差

图3 传动部装配关系Fig.3 Assembly relationship of transmission unit

若考虑大齿轮啮合中心偏上 (或偏下) 时，理论需要加垫厚度

式中：θ1为大锥齿轮节锥角，(°)。

由于大、小锥齿轮是变位加工 (大齿轮负变位，小齿轮正变位)，大齿轮的实际安装位置在尺寸链中的累积变化量与变位系数相比，差距过大。因此，在实际安装过程中，可以不考虑大齿轮啮合中心偏差值对安装的影响。对破碎机系列产品跟踪测量后，得到破碎机加工累积误差，如表 2 所列。

表2 破碎机加工累积尺寸误差及理论加垫厚度Tab.2 Accumulative machining error of crusher and theoretical gasket thickness mm

2.2 装配对齿轮副啮合的影响

除加工误差累积造成的影响外，大、小锥齿轮实际安装过程，受装配误差影响，齿轮副啮合位置也会发生变化。

在大、小锥齿轮安装到破碎机下机架后，传动壳体挡把处于水平，先按理论加垫厚度值进行加垫，固定大齿轮，然后测量并检查记录大、小齿轮之间的齿侧间隙，齿侧间隙应在啮合的最紧点进行测量。

对比此时实测齿侧间隙与设计要求理想值，确定齿轮的侧隙变动量

此时，将传动壳体稍微顶出，将加垫厚度值更换为H+Δt，重新把紧传动壳体；并固定大齿轮，然后用压表法重新测量、检查并记录大、小齿轮的齿侧间隙，侧隙值应在啮合的最紧点测量。则最终可得传动部安装时实际加垫厚度

当不考虑大齿轮啮合中心偏差值对安装的影响时，可得实际加垫厚度

在装配时，按最接近于实际加垫厚度T进行圆整加垫。加垫完成后，调装传动部组件至下机架副轴孔中就位。通过以上方法，跟踪测量破碎机的实际加垫厚度，如表 3 所列。

表3 传动部实际加垫厚度Tab.3 Actual gasket thickness of transmission unit mm

2.3 齿侧间隙对齿轮副啮合的影响及调整

大、小锥齿轮实际啮合的齿侧间隙无法直接测量，需要通过间接测量破碎机联轴连杆的移动，并使用百分表检测连杆移动的距离来计算，实际啮合的齿侧间隙

式中：jt为节圆上侧隙值，mm；m为百分表监测点位置距小齿轮中心线距离，mm；φ为小齿轮节圆直径，mm。

由于传动壳体偏心安装，故可以通过转动传动壳体，调整齿轮的侧隙。要使侧隙值满足设计要求，需要通过调整传动壳体档把来完成。松开传动壳体与下机架之间的联接螺栓，按顺时针调整档把，侧隙增大；逆时针调整档把，侧隙减小。调整后把合联接螺栓，再次测量侧隙，直至侧隙满足设计要求。小齿轮实际接触效果如图 4 所示。

图4 小齿轮实际接触效果Fig.4 Actual contact effects of small bevel gear

3 结语

通过对圆锥破碎机锥齿轮副调整方法的研究，推出了传动部安装时的实际加垫厚度公式。在大型圆锥破碎机生产应用中，基本实现了破碎机锥齿轮副一次装配到位，齿轮啮合侧间隙、接触位置、接触率均满足设计要求，减少了装配工作量，提高了生产效率。该研究方法为大型旋回破碎机锥齿轮副的调整提供了一定的理论支持。