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Shanghai Xin Fu Automation Technology Co., Ltd.

基于端面齒技術的立式行星減速機輸出軸斷裂修復方案

瀏覽:386 發表時間:2020-03-25 20:15:20 來源:http://www.tnftqt.buzz

1 引言

秦皇島港煤五期R12-1取料機回轉機構由2臺對稱布置的回轉驅動機構驅動, 實現取料機±170°的回轉作業, 驅動機構的減速機是弗蘭德P3KA系列立式行星減速機[1]。取料機回轉減速機輸出軸斷裂, 會造成取料機回轉系統制動失效, 對大機整體結構形成巨大的安全隱患。為了排除安全隱患, 降低維修時間和費用, 通過對比多種方案, 最終確定了在行星架上制作端面齒的減速機輸出軸快速修復方案。

2 技術方案對比

取料機回轉減速機由上下2部分組成, 本次斷裂的是減速機上部的空心輸出軸。空心輸出軸不是一個可以拆卸的獨立部件, 其與行星架成為一體。為快速完成輸出軸的修復工作, 降低維修費用, 決定不進行返廠維修, 通過對焊接修復、鍛造毛坯修復和制作端面齒3種方案的對比研究, 確定最終修復方案。

2.1 焊接修復方案

焊接修復方案的維修成本較低, 但焊接很難保證減速機的工作精度, 而且還要考慮消除熱影響區的材料晶格改變、焊接母材與被焊接材料的材料匹配、焊材的選擇、焊接工藝的制定、焊接導致的材料形變等附加難題。為了避免維修后引起的減速機工作不正常情況, 決定不采用此方案。

2.2 鍛造毛坯修復方案

減速機行星架通常是在專業制造廠由批量鑄造的毛坯加工制成[2,3], 成本較低, 但制造一個單獨的行星架, 只能采用鍛造毛坯, 鍛造毛坯重達870 kg, 修復時間長達1個月。減速機是進口件, 內部結構復雜, 更換行星架可能會造成減速機的二次損壞。此修復方案周期長、費用高、風險大, 因此否定了此方案。

2.3 制作端面齒修復方案

為了既確保減速機精度和強度, 又能快速完成修復, 提出利用原來行星架的殘體, 加工出帶端面齒結構的配合面, 在這個配合面上連接帶有內花鍵的空心輸出軸。此方案既能省去制造行星架本體的時間, 又能保證減速機維修后滿足使用性能, 可在短時間內完成修復。

3 修復過程

3.1 端面齒結構

端面齒是軸端的一種特殊結構, 能把2個軸類零件連接在一起, 既能自動定心, 又能傳遞扭矩, 是一種高端的精密花鍵連接方法。端面齒連接類似于法蘭盤連接, 但在傳遞扭矩過程中, 受力部件與法蘭盤卻大不相同。端面齒連接的2個部件的力是靠端面齒的齒牙傳遞, 而不是通過螺栓, 正常工作情況下連接螺栓不受剪切力, 只受軸向拉力, 傳遞的力矩由多個齒牙來分擔, 受力較均勻, 避免應力高度集中, 螺栓也不易失效。端面齒還可以起到定心作用, 避免了連接件旋轉軸不同心帶來的偏擺。端面齒的連接, 可以大大縮短軸向尺寸, 緊湊可靠, 拆卸方便, 適合高速、大功率傳動連接, 在航天航空工程中得到廣泛的應用, 是渦輪發動機主軸的重要連接方法, 但應用于減速機軸損傷修復中還是第一次。

3.2 結構制作

將行星架從減速機內拆除完成后, 空心輸出軸斷裂后剩余可利用尺寸為28 mm。制作端面齒的空心輸出軸總長為223 mm, 在空心輸出軸外端面?287 mm的圓上均開16個直徑?26 mm深141 mm的圓孔, 剩余深度攻M16的內螺紋。在修復后的行星架外端面加工96個齒, 每兩個齒外端面之間的角度為3.75°, 并在端面齒上一周均開16個M16深40 mm的內螺紋孔, 以便與空心輸出軸進行裝配。為了提高端面齒配合強度, 提高扭矩, 行星架上端面齒設計為內凹外凸, 空心輸出軸端面齒設計為內凸外凹, 根據設計手冊和技術資料, 確定斜坡角度為1.623°, 端面齒厚度為9.6 mm。空心輸出軸與行星架之間的裝配見圖1。

圖1 端面齒裝配方案圖

圖1 端面齒裝配方案圖   下載原圖

3.3 修復效果

通過制作端面齒修復減速機后, 將其安裝回R12-1取料機回轉機構右側, 取料作業過程中回轉驅動機構運行正常, 回轉減速機運轉平穩、無異常振動, 驅動小齒輪與齒圈嚙合平穩, 未出現異常情況。

4 結語

此次針對R12-1取料機回轉減速機輸出軸斷裂問題, 采用全新的端面齒修復方案, 是內花鍵空心軸快速修復的一次新嘗試, 僅用時10天即完成了減速機修復, 且修復后設備運轉正常, 達到了預期目標, 可在其他類似修復工程中進行推廣。


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