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O F M I N I N G I NDU STR Y
总第432期2005年6月第6期 李润莲(1968-),女,山西大同人,从事机械方面的教学和科研工作,037003山西省大同市。
球磨机齿轮传动的润滑分析
李润莲
(山西工业职业技术学院机电系)
摘 要:以大同市永和新荣水泥有限责任公司 1.8m ×7m 球磨机为例,运用弹流理论分析了在正常工况条件下,球磨机齿轮传动的齿面润滑状态可实现变粘度弹流润滑,并进一步分析了润滑剂和润滑方式的选择,是保证弹性流体动压油膜存在及厚度的主要因素。
关键词:球磨机齿轮传动;弹流润滑;齿轮油
中图分类号:TD 453 文献标识码:A 文章编号:100925683(2005)0620017202
L lbr ica tion Ana lysis of Gear D r iv i ng of Ba ll M ill
L i R un lian
(E lectrom echan ical D ep artm en t ,Shanx i In stitu te of Indu strial P rofessi onal T echno logy )Abstract :T ak ing fo r exam p le 1.8m ×7m ball m ill of Yonghe X in rong Cem en t Co .L td .of D atong C ity ,the analysis resu lt of the elastic flu id theo ry show s that the visco sity elastic flu id lub ricati on can be realized on gear su rface of gear driving of ball m ill under the no rm al op erati on conditi on .
It con siders that selecti on s of lub rican ts and lub ricati on m odes are m ain facto rs to
assu re th ickness of elastic flu id dynam ic p ressu re o il fil m .
Keywords :Gear driving of ball m ill ;E lastic flu id lub ricati on ;Gear o il
齿轮传动是球磨机的重要组成部分,一旦齿轮传动失效,就将严重地影响球磨机的正常工作。而齿轮传动的失效与齿面的润滑有着密切的关系,齿面润滑油膜的存在及其厚度直接影响到齿轮传动的承载能力和使用寿命,因此研究齿轮传动中的齿面油膜状态,对提高齿轮传动的疲劳寿命和可靠性,具有十分重要的现实意义。1 齿轮传动的润滑分析1.1 齿面润滑状态
大同市永和新荣水泥有限责任公司 1.8m ×7m 球磨机齿轮传动,属于半开式渐开线直齿圆柱齿轮传动,采用开式齿轮油(Q SY 8050279S )油池润滑。油池位置在大齿轮下面,齿轮罩结构完整,密封性好,大齿轮使用了15a ,磨损量只有2.01mm 。齿轮传动的主要参数见表1。
表1 齿轮传动的主要参数
名称齿数Z 模数m mm 压力角 (°)齿宽B mm 齿轮材料齿面粗糙
度R a Λm 齿面硬度(HBS )传动功率
P k W 大齿轮小齿轮140212220
270280ZG 45453.2
3.2
210～250230～270
236 该球磨机半开式齿轮传动的主要失效形式是磨损,影响磨损的因素很多,如材料的选择,表面的粗糙度,润滑剂选择,润滑油量和油膜厚度,表面结构形状,密封等,而润滑是减少磨损最有效的方法。弹流理论认为液体润滑主要润滑状态有边界润滑和流体膜润滑两种,混合润滑不是基本润滑状态,而是描述各种润滑状态共存的摩擦性能。其中边界膜的抗剪强度低,表面相对运动时很容易将边界膜剪切分离,所以这部分的摩擦阻力很低,会导致金属接触面直接接触,对磨损具有重要影响。建立流体动力润滑是最理想的,因为它能用粘性流体将两摩擦表面完全隔开,从而防止了磨损。弹流润滑的主要特点是摩擦阻力小,磨损少,可以缓冲振动与冲击,可使齿轮传动运转平稳,提高效率和疲劳寿命。但这种流体动力油膜的形成必须满足一定的条件:①两个摩擦表面必须有一定的配合间隙以形成油楔;②两个摩擦表面做相对运动;③两个表面之间具有足够粘度的液体。
球磨机齿轮传动过去一直认为是低速重载,其润滑状态以边界润滑为主的混合润滑。大同市永和新荣水泥有限责任公司球磨机齿面负荷为
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球磨机齿轮传动相啮合的齿面相互倾斜,且沿运动方向形成收敛间隙,两啮合齿面间存在相对滑动和滚动,故渐开线圆柱齿轮传动能够形成流体动压。弹流理论认为,接触压力和变形对建立油膜的影响是不能忽视的,接触压力使润滑油的粘度高于常压下千百倍,而表面变形必然影响油压分布,这些都大大提高了油膜的承载能力,只要选择合适粘度的润滑油、润滑方式和结构参数,齿面就可以形成流体动力油膜。
随着润滑油膜厚度的变化,润滑状态发生变化,而润滑油膜厚度随摩擦副工作参数(如润滑剂粘度、相对速度,载荷等)而改变。通常使用膜厚比(Κ)作为衡量润滑性能的一项指标,其定义为:
Κ=h m in H2j1+H2j2=h m in H j,
式中,H2j1、H2j2分别为表面1、2
粗糙度的均方根偏值,H j=1.25R a;h m in为最小油膜厚度。 膜厚比Κ不仅是区分润滑状态的数量指标,也是机器零件表面疲劳损坏的重要判据之一。齿轮传动的膜厚比Κ与润滑状态的关系见图1。
-边界润滑区; -混合润滑区、部分弹性流体动力润滑区; -完全弹性流体动力润滑区
图1 膜厚比与相对寿命的关系图
当Κ≤1.5时润滑较差,齿轮传动将发生较大的磨损,当Κ≥1.5时只有轻微的磨损,齿轮传动的寿命将达到预期的寿命,当Κ≥3时一般可获得全弹流润滑,此时磨损非常小,从而使齿轮传动的寿命得到极大地提高。下面以弹流理论分析 1.8m×7m球磨机齿轮传动齿面的润滑状态。
通过计算和查有关资料,得出此齿轮的传动参数,见表2。
表2 齿轮传动参数
卷吸速度
u
m・s-1综合曲率
半径R
m
齿面综合
粗糙度H j
Λm
综合弹性
模量E′
M Pa
运动粘度
(100℃)
mm2・s-1
压指数粘
Α
Pa・s
载荷参数F=
F N (E′RL)
材料参数
G=ΑE′
速度参数
U=Γo u (E′R)
弹性参数q e=
F U1 2
粘性参数q a=
G F3 2U1 2
1.5320.06855.662
2.4×104150～210
3.495×10-81.45×10-578295.49×10-111.9658.34
弹性动力润滑区域图[1],落在R2V区,粘压效应远大于弹性变形效应,可采用H.B loK方程计算最小油膜厚度:
h m in=1.66R(G U)2 3=6.471
膜厚比 Κ=h m in R a=2.021
实际上由于球磨机齿轮传动安装精度较高,且运转初期通过良好的啮合,改善了表面状态,实际表面粗糙度数值小于3.2Λm,膜厚比比计算值要大,因此球磨机齿轮传动齿面实现弹流润滑是完全可能的。
1.2 齿面间的润滑
弹性润滑油膜厚度对齿轮传动的影响很大,它是齿面间磨损性能的参数。因此选择合适的润滑剂和润滑方式是控制磨损的重要手段。
1.2.1 润滑剂的选择
对控制齿轮传动的磨损而言,润滑剂最重要的性能是油性和粘度。齿轮传动常用的润滑剂有润滑油(或称稀油)、润滑脂(俗称干油或黄油)、固体润滑剂。
润滑脂是由润滑油和各种稠化剂在高温下混合制成,常用的有石墨钙基脂、钙基脂、锂基脂。各类脂与稀油相比,承载能力高,抗振性好,粘附能力强,但流动性差,不能排出齿面的磨屑和杂质,形成的边界油膜薄,强度不够,常造成齿面润滑不良而磨损,严重影响齿轮的使用寿命。
常用固体润滑剂有石墨、二硫化钼等。一般常把二硫化钼加入沥青,此润滑剂粘性大,排屑差,使用一段时间后,润滑剂干结,使润滑条件恶化,不适合球磨机齿轮传动使用。
润滑油主要有齿轮油、机械油。齿轮油与机械油相比,粘度高,油性好,含有较多的极性物质,具有良好的吸附和挤压抗磨性能,因此齿轮油比机械油更容易在齿面间形成油膜。开式齿轮传动一般速度不高,为避免油量飞溅流失,故要求粘附性强的高粘度齿轮油。从弹流理论的观点而言,在其它条件保持不变的条件下,增大润滑油粘度,就可获得较大的Κ值。大同永和新荣水泥有限公司球磨机齿轮传动,选用3号开式齿轮油(Q SY8050279S)是合适的。
1.2.2 润滑方式
开式齿轮传动常用润滑方式有(下转第39页)
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总第432期 矿业快报 2005年6月第6期点的距离误差M2;③测定地物点的方向误差M3;④地形图上地物点的刺点误差M4;⑤清绘时所造成的误差M5。
综上所述,地形图上地物点平面位置的误差
M0:
M0=M21+M22+M23+M24+M251
以1∶1000比例尺,最大视距为100m为例,地形图上地物点平面位置的误差分析见表1。
表1 误差分析实例
M1M2M3M4M5
0.180.390.180.200.08
在数字测图中,由于是计算机自动展点,图根点与地物点的展绘误差可忽略不计。剩下的为M距、
M向。取方向中误差为标称精度的3倍极限,因为是半测回测角,所以方向的误差为5″×20.5=7.2″, 3×7.2″=22″,取碎部点至测站的距离为100m,则方向误差M3=22 206265×100=0.010m。考虑测量中棱镜不到位等各项因素的影响,取经验值0.020m。则实测得的该平面点相对于图根点的误差为0.022m。
由上可见,在视线良好的情况下,由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用,测量碎部点的距离可以放大,图根点的密度可作相应地降低,边长可放宽至100～300m。对于支站,也可不受2站的,根据实践,支3到4站的精度是可以达到要求的。
312 碎部测量
数字测图中,碎部测量的主要方法为极坐标法,在实测得多数碎部点的坐标后,可利用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或量算定点等方法来取得其余各点的坐标,再辅以软件中的偏移、拷贝、延伸等功能,得到最后的图形。
在非电子平板数字测图中,很多单位所采用的方法为外业草图和室内交互编缉来完成测图工作。但这样一来,势必会降低外业的工作效率,操作也比较繁琐。在测量的运作中,绘制草图比较麻烦,加上专人画草图,也浪费人力。通过数字测图便可避免了上述弊端,一人观测并在全站仪上作记录和编码,一人跑尺并内业绘图,一人照明并帮助扶标尺,完全满足工作要求,实践表明也是可行的。
由于井下巷道位置都是根据设计图纸施工出来的,关系比较简单,点号编码,可以采取数字顺序编码和字母编码相结合的方法。例如:测点按照顺序可以编程:1代表任意数字,单数作为前进方向左侧的点,双数作为前进方向右侧的点,测点编为D+数字编号,风水管路可以编为F+数字编号,等等依次类推。
当在外业完成各点的编号(编码)后,回到室内就可传输到计算机的各点,在计算机屏幕上以展绘编码的方式出来,再根据设计图纸辅以这些点号编码,则可比较方便地把这些点连接起来。
完成这项工作后,把图拿到实地对照,量取实地没有测到的各种数据,再在计算机上进行交互编缉,从而得到最终地形图。
(收稿日期2005201220)
(上接第18页)手工润滑、滴油润滑、油池润滑、喷射润滑等,大同永和新荣水泥有限责任公司球磨机齿轮传动采用油池循环润滑,且油池在大齿轮下部。这种润滑方式简单可靠,大齿轮下部浸入油中,转动时将油带到啮合部位,润滑油能连续不断地进入啮合面,可形成弹流膜将齿面隔开,从而防止齿面磨损。2 结语
研究结果表明,齿轮传动中齿面间的润滑对传动质量和使用寿命起着关键的作用,油膜厚度可作为判断传动可靠性的一种依据。只要选择合适粘度的润滑油、润滑方式和结构参数,在正常工况条件下,齿面润滑状态可以实现变粘度弹流润滑,起决定作用的是粘压效应和齿面粗糙度,此外,密封和维护保养也是一个不可忽视的问题,一旦矿浆或杂质进入啮合面就会破坏油膜,加剧齿面磨损,因此一定要保证齿轮传动的密封,定期清洗换油,经常观察油位,及时添加润滑油。如果球磨机齿轮传动采用圆弧齿轮传动,更有利于油膜的形成,效果会更好。
参 考 文 献:
[1] 徐 灏主编1机械设计手册[M]1机械工业出版社,2001.91
[2] 吴宗泽主编1高等机械设计[M]1清华大学出版,1991.71
[3] 方世杰1齿轮传动设计中的最小油膜厚度与润滑[J]1煤矿机
械,2001.101
[4] 孟繁瑜1液垫带式输送机的润滑原理研究[J].矿山机械,
2000.3.
[5] 马先贵.润滑与密封[M].机械工业出版社,1985.9.
(收稿日期2005205226)
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齐宝全 王明春等:浅谈数字测图在矿山井下的应用 2005年6月第6期下载本文
