双螺杆挤压造粒机主减速机设计

1 引言

混炼造粒机主要的作用是对聚合物粉末进行加热、塑化、混合、剪切、捏炼、均化等混炼过程，最后挤出切粒，得到便于包装、运输、储存和相应的成品颗粒。

大型混炼挤压造粒机结构复杂，设计与制造难度大，世界上仅有日本、德国、法国和意大利等少数国家的几个公司能够设计与制造。

目前，我国的大型混炼造粒机还完全依赖进口，价格昂贵，寿命短。由于国内需求量大，每年耗资巨大。因此，7万t/a的聚乙烯、聚丙烯的大型混炼挤压造粒机，被中石化集团重大装备国产化办公室定为国家重大装备国产化攻关项目。

大型混炼挤压造粒机的主减速机又是该机组的关键设备。主减速机是集变速、换向、功率分配等功能为一体的多功能减速机，机构复杂，造价也昂贵。

2 大型双螺杆挤压造粒机的主要技术参数

双螺杆挤压造粒机主减速机主要技术参数见表1。

表1 双螺杆挤压造粒机主减速机主要技术参数

3 主减速机传动系统图

主减速机外形图见图1；主减速机传动图及剖面图见图2。

4 设计计算内容及技术关键

4.1 设计计算内容

4.1.1 由于该主减速机有4对齿轮啮合，多级减速传动，其传动比的分配是传动优化的关键。在优化传动比设计计算中起支配作用的有效约束是接触强度条件，则当各级许用接触应力相同，又不计载荷系数变动的影响时，各种传动方案配置是以传动体积最小的最优传动比来分配。因此该主减速机的设计结构复杂，计算难度大。首先要进行的是齿轮传动比的优化分配，然后逐级地以接触强度为约束条件来进行以传动体积最小的最优的传动比分配计算。在优化传动比配置过程中，若中间任何一级计算通不过，都得再从头开始计算，周而复始，直到满足优化设计的约束条件为止。

4.1.2 主减速机设计计算和分析以盘锦乙烯单层布置的主减速机为主，然后为盘锦乙烯工业公司设计和制造一台主减速机。该主减速机

重18t左右，箱体上设有：轴承测温点、振动测试点及排气罩。

4.1.3 主减速机传动系统的功能分析

主减速机特点：4对齿轮传动、多个径向滚动轴承、两个多级串联推力轴承、第一级齿轮传动轴上设有拨叉齿轮换向机构用来实现双螺杆高速或低速的选择、两根输出轴，一根是单级齿轮串联结构传动直接输出；另一根是通过两根柔性扭力杆上的齿轮与输出轴上的齿轮啮合的双支流传动输出。

该主减速机传动系统极为复杂，不能用一般设计方法来分析该主减速机的传动系统。

为了更好地设计该主减速机的传动系统，将系统的总功能分解为比较简单的分功能,使其输入量与输出量的关系更明确，转换所需的物理原理更单一，因而易于求解。因此，采用解决该主减速机的传动系统的因果关系或手段目的关系来分析分系统功能。功能分析不只是问题求解的手段；而且还是深刻认识事物的方法。所以设计该主减速机时，不要先从产品结构着手，而应先从系统的功能分析出发设计主减速机。以便抓住问题的实质，扩大思路，以弄清该减速机传动系统的功能，获得新颖的具有较高的设计水平。

4.1.4 推力轴承的预加载装置设计与分析

该主减速机所带动的设备是双螺杆挤压造粒机。双螺杆挤压造粒机运转时，产生极高的扭矩和极高的轴向力。由于双螺杆挤压造粒机联螺杆的中心距小，又承受着轴向合力，为了平衡螺杆的轴向推力，所以采用了德国“INA”轴承公司专门为双螺杆挤压机的主减速机设计与生产的特殊布置的多级串联推力轴承。主减速机为了安装此推力轴承，要预先加载以保证几个串联的推力轴承同时均匀受力，这样才能与螺杆的反推力相平衡，平衡后还需要一个拉紧装置。

4.1.5 多点啮合的齿轮强度计算与受力分析

由于多点啮合齿轮所受力不均衡，使力的作用点与受力方向也不同，所以采用一般的计算与分析方法是行不通的。为了解决此关键问题；采用了有限元分析多点啮合的齿轮强度计算与受力分析。

同样，齿轮轴扭力计算、扭应力分析和齿轮箱的主、副箱体受力分析也都采用了有限元分析。

本篇文章来源于能动信息网 原文链接：/Fan/Doc/Data/200807/14789.ht

ml

4.2 技术关键

4.2.1 实现两根输出轴花键轴头的花键相位相同

这是一项难度很大又很棘手的关键技术。为此，收集了大量的这方面技术资料，研究了日本石川岛精机、意大利maris公司与法国的WP 公司等几家的不同夹紧结构的特点与位移调试方式，但是都很难保证实现预想的效果。根据串联传动的功能原理，研究分析并找出了最容易实现微调的传动元件，解决了两根输出轴的花键轴头的花键相位一致的问题。

经研究与分析确定：将由齿环+轮毂+胀紧锥面套组装的大齿轮安装在VI轴上：在松开胀紧锥面套时，齿环与轮毂可以自由的相对转动，在随意调整两根输出轴花键轴头的花键相位，达到设计要求值时，将胀紧锥面套用螺栓紧固，这时齿环与轮毂就不能任意转动，随之齿环与胀紧锥面套之间的锥度所产生的过盈而胀紧。此微调机褂帜芨ㄒ源菖ぞ兀挥帜艿髡礁涑鲋峄嵬返幕辔弧＝峁辜虻ヒ仔校踩煽俊?/p>

4.2.2 齿面负荷系数大

在认真地研究了三点强度基础上，为再提高齿轮疲劳强度，采用了大压力角齿轮刀具；在选材上也与原日本石川岛精机进行了比较，选用了高强度、高韧性的高级渗碳钢。

4.2.3 齿轮箱的主、副箱体的铸件毛坯结构设计。

4.2.4 齿轮箱的主、副箱体加工结构设计。

4.3 创新点

4.3.1 创新点一

齿轮的优化设计。齿轮优化设计中约束条件很多，考虑的约束条件越多，求解越困难。本研究考虑了以下13个约束条件：

（1）根切限制；（2）避免过渡曲线干涉；（3）齿顶厚度限制；（4）重合度限制；（5）齿轮模数限制；（6）齿数限制；（7）螺旋角限制；（8）总变位系数限制；（9）传动比、误差限制；（10）滑动率限制；（11）齿宽系数限制；（12）接触强度限制；（13）强度限制。

4.3.2 创新点二

齿形和齿向修形优化设计。齿廓修行的优化设齿向修行的优化设计计算

4.3.3 创新点三

有限元在齿轮应力分析中的应用。

5 技术水平

（1）在平衡接触、弯曲、胶合三点强度的基础上，采用了大的模数和压力角。

（2）为避免齿轮在初始啮合时产生冲击，采用了齿廓修形补偿技术：对低速、重载齿轮传动中引起的扭转与弯曲变形，采用了齿向修形补偿技术。

（3）补偿制造与装配引起的误差，造成齿轮传动质量指标下降，将齿轮制造精度由原来的GB10095-88 中的6级，提高5级。

（4）低速、重载齿轮传动，所有齿轮、轴齿轮、传动轴，全部进行了有限元分析。