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罗茨风机问题整合简析和变革方略

2014年12月23日17:02 

罗茨风机轴、人字齿轮的受力情况分析D6090罗茨风机传动部位结构尺寸,人字齿轮由前后两个斜齿圈装在轮毂上组合而成,斜齿圈参数为mn=6、z=62、=1730,分度圆直径d=3900mm,宽度b=60mm;取轴的拉压弹性模量E=200GPa、剪切弹性模量G=79GPa、泊松比=031,则抗弯刚度EI1=20358kNm2(d1=120mm)、EI3=14374kNm2(d3=110mm)、EI4=32572kNm2(d4=240mm),风机叶轮断面尺寸600mm276mm,可认为EI2=,抗扭强度GIP4=25732kNm2。

D6090罗茨风机结构尺寸罗茨风机主轴、副轴和人字齿轮受力的大小是周期性变化的。当风机叶轮处于(a)位置时,主轴所承受的阻力产生的扭矩最大,副轴所受径向力最大,此时齿轮副上所传递的扭矩最小(只用于克服轴承副的摩擦力矩,计算时可近似认为0),电机产生的力矩主要用于克服主轴上的阻力矩对所传送的气体作功。当风机叶轮处于(b)所示位置时,主轴上所承受的径向力最大,副轴上所承受的阻力扭矩最大,此时齿轮副上所传递的扭矩最大,电机产生的力矩主要用于克服副轴上的阻力矩对所传送的气体作功。风机叶轮处于其它位置时,主轴、副轴和齿轮副所受力的大小介于其处于(a)、(b)位置所受力的大小之间,故只须对风机叶轮处于(b)位置时轴的受力情况进行分析。

风机人字齿轮齿根弯曲疲劳强度分析由D6090风机性能曲线知,当风机总压头为441kPa时,轴功率Nd=210kW、v=086、P=Nd/v=2442kW,产生的扭矩m=9552P/n=24298Nm.人字齿轮的轮齿受力情况如所示(从动轮未画出),其中Ft1=m/d=62415N,F1=Ft1/cos=65265N,Fr1=F1tgn=23755N,Fn1=F1/cosn=69454N.齿根弯曲疲劳强度为2:F=KaKFt1YYfaYsabmna(1)已知Ft1=62415N,查得Yfa=224、Ysa=175、Y=087、a=17、K=165、Ka=145、F=450MPa,将数据代入式(1)得F=832MPa  人字齿轮受力分析(主动轮)3风机轴弯曲、扭曲变形情况分析风机叶轮处于(b)位置时,主轴、副轴受力情况如所示(风机总压头取441kPa,图中齿轮轴向力未画出).由知,主轴在Z、Y轴方向的弯曲变形情况较副轴大,故只对主轴2-2截面(前齿圈所在位置)相对于1-1截面(后齿圈所在位置)的弯曲、扭曲变形量z、y、进行计算。

风机轴的受力情况31主轴沿Z轴方向弯曲变形量z由单位力法(莫尔法)求得主轴沿Z轴方向弯曲变形量z为1:z=(948310-4EI1+955110-3EI3)q1x+(247710-4EI1+385510-2EI3+3003310-3EI4)Ftx(0x013m)(2)已知EI1=20358kNm2、EI3=14374kNm2、EI4=32572kNm2、Ft=2Ft1=12482N,取x=013m,则由式(2)得z=00686mm.扭曲角扭矩造成人字齿前后齿圈相对角位移量为:=1GIp4x0mxxdx(4)已知GIp4=25732kNm2,取x=013m,则由式(4)得=61410-6,可见扭矩造成人字齿受力不均可忽略不计。

为了说明Z、Y轴方向弯曲变形对齿轮受力分配不均的影响程度,对齿轮轮齿接触弹性变形量e进行估算。接触弹性变形分析见,接触变形接触区域宽度c为2:c=226FB121+2(1-M2E1+1-M2E2)(5)式中:1=2=dsinn2=6657mm,F=2Fn1=138908N,线接触长度B可近似等于齿圈宽度b=60mm(实际线接触长度B应为参与啮合的齿的接触线长度之和,大于齿圈宽度b),则由式(5)得c=0013mm,而e=e1+e2=2e1  接触弹性变形改善措施抵消变形法通过调节齿圈,使齿轮副空载状态下,前齿圈轮齿受力比后齿圈大,在高负荷下轴变形,从而达到前后齿圈受力均匀的目的,具体做法为:将风机主轴、副轴固定使其不能转动,选取齿轮副中的一个人字齿轮(如主轴上齿轮),拆下定位销,拧松六角螺栓,用木棒的一端顶住前齿圈轮齿,敲击另一端使前齿圈沿啮合方向(逆时针方向)挪动一微小角度(挪动量可从销孔错动量判断),再用铰刀重新修正定位销孔,并打好定位销。

结语罗茨风机齿轮是悬臂布置,在高负荷下由于轴沿Z、Y轴方向弯曲变形而使人字齿轮前后齿圈轮齿受力不均,后齿圈轮齿受力大,这样容易造成后齿圈轮齿局部折断。由于前后齿圈受力不均而产生轴向力(见,Fa2>Fa1),当轴向力超过一定限度时,会加速3524轴承内圈凸缘、滚动体、保持架等磨损,引起主轴、副轴轴向窜动,从而导致风机叶轮擦墙板。抵消变形法及齿轮端轴承盒内增加轴承法,能改善高负荷下风机人字齿轮前后齿圈的受力状况。自从采用以上措施后,我厂罗茨风机即使在高负荷下运行(电机电流最大达500A,总压头达到491kPa),也未出现齿轮轮齿折断、叶片擦墙板现象。

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