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1、問題的提出
    我廠于1996年開始生產的∮3m系列磨機大齒圈，在實際使用中經常出現連接螺栓斷裂、螺母松脫、結合面開口而無法收緊以及結合面處輪齒嚙合振動大、噪聲高等不良現象，嚴重制約了球磨機運轉率和臺時產量的提高。經過詳細的觀察、分析和研究，發現上述種種問題均與齒圈對接結合面的設計和制造有關。本文以∮3mxllm磨機為例，對其大齒圈結合面結構的改進作一介紹。
2、原因分析
    改進前齒圈對接結合面結構見圖1所示。
    其結構存在以下問題：
    1)結合面接觸面積過大，加工時不易達到較高的平面精度，故而很難保證齒根處結合面緊密貼合。尤其在使用中，大齒圈內外圓存在一定的溫度差，在溫度應力的作用下，加劇了齒根處結合面的開口。
    2)在結合面部位，輪齒嚙合時的振動和噪聲是由于結合面處開口、輪齒節距發生變化引起的。
    3)啞鈴銷和銷孔的設計和加工。啞鈴銷的結構見圖2。啞鈴銷和銷孔設計為過渡配合，起到軸向和徑向的定位作用。但啞鈴銷的功能卻與加工質量有關，若加工成過盈配合，則勢必助長結合面開口，加大連接螺栓的負荷；若加工成間隙配合，定位效果差，結合面就會錯位。在實際制造時，為保證定位效果，大多將啞鈴銷和銷孔加工成過盈配合，故而結合面易開口，連接螺栓易斷，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
    4)連接螺母為普通型，沒有防松措施，在運轉中易松動，螺栓易折斷。
3、改進措施
    根據上述分析，我們對齒圈對接結合面結構進行改進。改進后結合面結構如圖3所示。
    1)減少齒圈對接結合面接觸面積，保證接觸質量。新設計的齒圈對接結合面僅在輪緣部分接觸。這種結構的優點一是接觸面積較小，便于保證加工質量；二是在螺栓擰緊時，結合面產生一定變形，使接觸部分的單位壓力變大，齒圈輪緣處結合面更易于嚴密接觸，而難以張口。另外，在齒輪內法蘭處均留有間隙（止口處4mm，法蘭處0.6mm），不但防止磨機運轉中溫差應力作用給齒圈帶來的張口現象，有效保證齒圈嚴密接觸，而且還避免溫差應力使連接螺栓負荷加大、拉斷螺栓的情況發生。
    2)減小齒圈對接結合面處的輪齒節距0.3mm，保證此處輪齒嚙合的穩定性。磨機運轉時，由于受熱、受力變形等影響，結合面處輪齒節距比初裝時要大，從而在嚙合時產生振動和噪聲。新設計要求齒圈對接結合面處的輪齒節距減小0.3mm，具體實現方法是，大齒圈滾齒加工前在結合面處加墊0.3 mm厚的銅皮，滾齒加工后再去除。這樣，當磨機正常運轉時，由于熱膨脹，結合面處輪齒節距剛好因加大而與其它輪齒節距相等，避免了因齒圈在此處的節距誤差產生振動和沖擊現象。
    3)外圈采用長螺柱連接。外圈螺栓受力最大，易于拉斷。改用長螺柱連接后，連接螺紋遠離結合面，增加了螺栓的柔性和彈性，使其不易斷裂。
    4)改進螺栓設計，減小應力集中。里圈螺栓受力較小，仍采用普通螺栓連接，但螺栓頭部過渡圓角增大為R2.5，粗糙度提高到Ral.6；改進工藝，確保加工質量達到設計要求，以降低螺栓頭處的應力集中。同時，在螺栓頭部墊上大墊圈，避免螺栓在過渡圓角處不均勻接觸，形成受力不均的情況。
    5)設計專用螺母，防止連接松脫。特殊設計防松螺母見圖4，第1個螺母制成凹錐孔形式，第2個為鎖緊螺母，帶同樣錐度的外圓錐面，并開3mm的缺口，以使其容易變形。當鎖緊螺母插入第1個螺母的凹錐孔中，螺紋收緊，起到防松的效果。
    6)采用圓錐銷定位，取消啞鈴銷。從上述分析看，只要對接螺栓能把緊，齒圈結合面就可以緊密貼合。而且啞鈴定位銷加工要求精度高，如果加工不到位，反而不利于對接螺栓的把緊，也無法起到很好的定位效果。因此，在權衡之后，我們廢除啞鈴銷定位，改用圓錐銷定位，定位目的足以達到，并且該結構簡單，加工容易。
4、結束語
    自2001年以來，上述設計已普遍應用于我廠∮3m其他系列磨機上，投入使用的50余臺磨機，至今未發生一起齒圈結合面的結合故障。