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羅茨風機問題整合簡析和變革方略

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人氣:-發表時間:2014-12-23 17:02【

羅茨風機軸、人字齒輪的受力情況分析D6090羅茨風機傳動部位結構尺寸,人字齒輪由前后兩個斜齒圈裝在輪轂上組合而成,斜齒圈參數為mn=6、z=62、=1730,分度圓直徑d=3900mm,寬度b=60mm;取軸的拉壓彈性模量E=200GPa、剪切彈性模量G=79GPa、泊松比=031,則抗彎剛度EI1=20358kNm2(d1=120mm)、EI3=14374kNm2(d3=110mm)、EI4=32572kNm2(d4=240mm),風機葉輪斷面尺寸600mm276mm,可認為EI2=,抗扭強度GIP4=25732kNm2。

D6090羅茨風機結構尺寸羅茨風機主軸、副軸和人字齒輪受力的大小是周期性變化的。當風機葉輪處于(a)位置時,主軸所承受的阻力產生的扭矩最大,副軸所受徑向力最大,此時齒輪副上所傳遞的扭矩最小(只用于克服軸承副的摩擦力矩,計算時可近似認為0),電機產生的力矩主要用于克服主軸上的阻力矩對所傳送的氣體作功。當風機葉輪處于(b)所示位置時,主軸上所承受的徑向力最大,副軸上所承受的阻力扭矩最大,此時齒輪副上所傳遞的扭矩最大,電機產生的力矩主要用于克服副軸上的阻力矩對所傳送的氣體作功。風機葉輪處于其它位置時,主軸、副軸和齒輪副所受力的大小介于其處于(a)、(b)位置所受力的大小之間,故只須對風機葉輪處于(b)位置時軸的受力情況進行分析。

風機人字齒輪齒根彎曲疲勞強度分析由D6090風機性能曲線知,當風機總壓頭為441kPa時,軸功率Nd=210kW、v=086、P=Nd/v=2442kW,產生的扭矩m=9552P/n=24298Nm.人字齒輪的輪齒受力情況如所示(從動輪未畫出),其中Ft1=m/d=62415N,F1=Ft1/cos=65265N,Fr1=F1tgn=23755N,Fn1=F1/cosn=69454N.齒根彎曲疲勞強度為2:F=KaKFt1YYfaYsabmna(1)已知Ft1=62415N,查得Yfa=224、Ysa=175、Y=087、a=17、K=165、Ka=145、F=450MPa,將數據代入式(1)得F=832MPa  人字齒輪受力分析(主動輪)3風機軸彎曲、扭曲變形情況分析風機葉輪處于(b)位置時,主軸、副軸受力情況如所示(風機總壓頭取441kPa,圖中齒輪軸向力未畫出).由知,主軸在Z、Y軸方向的彎曲變形情況較副軸大,故只對主軸2-2截面(前齒圈所在位置)相對于1-1截面(后齒圈所在位置)的彎曲、扭曲變形量z、y、進行計算。

風機軸的受力情況31主軸沿Z軸方向彎曲變形量z由單位力法(莫爾法)求得主軸沿Z軸方向彎曲變形量z為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,則由式(2)得z=00686mm.扭曲角扭矩造成人字齒前后齒圈相對角位移量為:=1GIp4x0mxxdx(4)已知GIp4=25732kNm2,取x=013m,則由式(4)得=61410-6,可見扭矩造成人字齒受力不均可忽略不計。

為了說明Z、Y軸方向彎曲變形對齒輪受力分配不均的影響程度,對齒輪輪齒接觸彈性變形量e進行估算。接觸彈性變形分析見,接觸變形接觸區域寬度c為2:c=226FB121+2(1-M2E1+1-M2E2)(5)式中:1=2=dsinn2=6657mm,F=2Fn1=138908N,線接觸長度B可近似等于齒圈寬度b=60mm(實際線接觸長度B應為參與嚙合的齒的接觸線長度之和,大于齒圈寬度b),則由式(5)得c=0013mm,而e=e1+e2=2e1  接觸彈性變形改善措施抵消變形法通過調節齒圈,使齒輪副空載狀態下,前齒圈輪齒受力比后齒圈大,在高負荷下軸變形,從而達到前后齒圈受力均勻的目的,具體做法為:將風機主軸、副軸固定使其不能轉動,選取齒輪副中的一個人字齒輪(如主軸上齒輪),拆下定位銷,擰松六角螺栓,用木棒的一端頂住前齒圈輪齒,敲擊另一端使前齒圈沿嚙合方向(逆時針方向)挪動一微小角度(挪動量可從銷孔錯動量判斷),再用鉸刀重新修正定位銷孔,并打好定位銷。

結語羅茨風機齒輪是懸臂布置,在高負荷下由于軸沿Z、Y軸方向彎曲變形而使人字齒輪前后齒圈輪齒受力不均,后齒圈輪齒受力大,這樣容易造成后齒圈輪齒局部折斷。由于前后齒圈受力不均而產生軸向力(見,Fa2>Fa1),當軸向力超過一定限度時,會加速3524軸承內圈凸緣、滾動體、保持架等磨損,引起主軸、副軸軸向竄動,從而導致風機葉輪擦墻板。抵消變形法及齒輪端軸承盒內增加軸承法,能改善高負荷下風機人字齒輪前后齒圈的受力狀況。自從采用以上措施后,我廠羅茨風機即使在高負荷下運行(電機電流最大達500A,總壓頭達到491kPa),也未出現齒輪輪齒折斷、葉片擦墻板現象。

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