Муфта вала шаровой мельницы

Подробное введение в муфты шаровых мельниц

I. Функции и характеристики муфт шаровых мельниц

• Высокая прочность: способен выдерживать крутящий момент от тысяч до десятков тысяч Н·м;

• Износостойкость и коррозионная стойкость: адаптируется к пыльным и влажным средам;

• Эффективность буферизации: снижение жестких ударов между двигателем и цилиндром;

• Простота обслуживания: удобство монтажа, демонтажа и замены уязвимых деталей.

II. Распространенные типы муфт шаровых мельниц

1. Упругие штифтовые муфты

• Конструкция: состоит из двух полумуфт, эластичных штифтов (резиновых или нейлоновых) и перегородок.

• Характеристики: Простая конструкция, низкая стоимость, способность компенсировать незначительные радиальные и угловые смещения, умеренная буферная способность. Подходит для шаровых мельниц малого и среднего размера.

2. Зубчатая муфта

• Конструкция: состоит из двух полумуфт с наружными зубьями и наружной втулки с внутренними зубьями. Профиль зубьев обычно эвольвентный, смазка обычно консистентная.

• Характеристики: Высокая грузоподъёмность (крутящий момент до 10⁶ Н·м и более), способность компенсировать большие радиальные, осевые и угловые смещения. Подходит для больших шаровых мельниц, но требует высокой точности монтажа и регулярной смазки.

3. Мембранная муфта

• Конструкция: Соединяет две полумуфты через металлические диафрагмы (например, из нержавеющей стали) с болтами. Смещения компенсируются упругой деформацией диафрагм.

• Характеристики: отсутствие зазоров, отсутствие необходимости в смазке, устойчивость к высоким и низким температурам. Подходят для случаев, требующих высокой точности передачи (например, керамические шаровые мельницы), но имеют более высокую стоимость и несколько меньшую грузоподъёмность, чем зубчатые муфты.

4. Универсальная муфта

• Конструкция: состоит из двух вилкообразных шарниров, поперечного вала и подшипников, способных передавать крутящий момент под большими углами (≤35°).

• Характеристики: Подходит для условий работы с большими смещениями осей, часто используется во вспомогательных системах трансмиссии шаровых мельниц (например, механизмы регулирования загрузочного отверстия).

III. Процесс изготовления муфт шаровых мельниц

1. Выбор и предварительная обработка сырья

• Материалы: Полумуфты и наружные втулки обычно изготавливаются из высокопрочной легированной конструкционной стали (например, 42CrMo, 35CrNiMo) с пределом прочности на разрыв ≥800 МПа и ударной вязкостью ≥60 Дж/см². Поверхности зубьев шестерен могут быть изготовлены из стали 20CrMnTi (цементированной и закаленной) для повышения износостойкости.

• Предварительная обработка:

• Проверка сырья: спектральный анализ (для обеспечения качественного состава) и дефектоскопия (ультразвуковой контроль на наличие внутренних трещин);

• Ковка: Нагрев стальной заготовки (1100-1200 ℃) и ковка (ковка в открытых штампах или объемная штамповка) для устранения внутренней пористости и измельчения зерна;

• Отжиг/нормализация: отжиг после ковки (650-700 ℃ в течение 4-6 часов, медленное охлаждение) для снижения твердости (≤250HBW) для последующей обработки.

2. Обработка заготовок (на примере полумуфт)

• Грубая обработка:

• Токарная обработка: точение внешнего круга, внутреннего отверстия и торца на токарном станке с оставлением припуска на обработку 2–5 мм;

• Сверление: Сверление отверстий под болты (для соединения диафрагм или шестерен) с припуском 1-2 мм.

• Термическая обработка:

• Закалка и отпуск: 42CrMo и аналогичные материалы подвергаются закалке (закалка в масле при температуре 850-880 ℃) + высокотемпературному отпуску (550-600 ℃) для достижения твердости 280-320 HBW, что обеспечивает прочность матрицы;

• Упрочнение поверхности зубьев (для зубчатых муфт): наружные зубья из стали 20CrMnTi подвергаются цементации (900-930 ℃, глубина цементированного слоя 1,5-3 мм) + закалке (закалка в масле при 850 ℃) + низкотемпературному отпуску (180-200 ℃), в результате чего твердость поверхности зубьев составляет 58-62HRC, а твердость сердцевины — 25-35HRC.

3. Чистовая обработка

• Поворот: Прецизионная токарная обработка шейки, торца и посадочного отверстия полумуфты для обеспечения точности размеров (например, допуск шейки IT7-IT8, шероховатость поверхности Ра≤1,6мкм);

• Обработка профиля зуба:

• Зубофрезерование: Черновая обработка профиля зуба для обеспечения точности шага (ГБ 10095 Оценка 7);

• Шлифование/хонингование: окончательная обработка поверхности зуба для уменьшения шероховатости поверхности (Ра≤0,8 мкм);

• Для цементированных материалов, таких как 20CrMnTi, после цементации требуется шлифование зубьев для исправления деформаций, возникших в результате термообработки, обеспечивая точность профиля зубьев (ГБ 10095 Оценка 6);

• Сверление и нарезание резьбы: Обработка отверстий под соединительные болты (например, М20-М48) с точностью резьбы до 6Н.

4. Обработка поверхности

• Поверхности, не являющиеся зубьями: После пескоструйной обработки для удаления ржавчины нанесите грунтовку (например, эпоксидную краску с высоким содержанием цинка) и верхнее покрытие (например, полиуретановую краску) общей толщиной ≥80 мкм для повышения стойкости к коррозии;

• Внутренние зубчатые втулки зубчатых муфт: Нанесите антикоррозийную смазку (например, на литиевой основе) на внутреннюю поверхность зубьев и установите уплотнения (например, уплотнительные кольца) для предотвращения утечки смазки.

5. Сборка

• Для зубчатых муфт: Соедините две внешние зубчатые полумуфты с валом двигателя и валом редуктора (или главным валом цилиндра) с помощью шпоночных соединений (плоских шпонок или шлицевых соединений), обеспечив монтажный зазор H7/k6;

• Установите внутреннюю наружную втулку зубьев, проверьте зазор зубьев (0,1–0,3 мм) и установите смазочные ниппели;

• Для эластичных муфт: установите эластичные штифты с переходной посадкой (H7/M6) между штифтами и отверстиями, чтобы предотвратить ослабление.

IV. Процесс проверки муфт шаровых мельниц

1. Проверка сырья

• Анализ химического состава: используйте спектрометр с прямым считыванием для обнаружения таких элементов, как C, Си, Мн, Кр и Мо, соответствующих стандартам материалов (например, для 42CrMo требуется C: 0,38–0,45 %, Кр: 0,90–1,20 %);

• Испытание механических свойств: испытание на растяжение (на прочность на растяжение и предел текучести), испытание на удар (-20℃, энергия удара ≥40 Дж) и испытание на твердость (≤250HBW после отжига);

• Дефектоскопия: Ультразвуковой контроль поковок (ГБ/T 6402) для подтверждения отсутствия внутренних дефектов размером ≥φ3 мм; магнитопорошковый контроль (ГБ/T 15822) для проверки наличия поверхностных трещин.

2. Контроль в процессе производства

• Проверка точности размеров:

• Диаметр цапфы и внутреннего отверстия: измеряется микрометром или внутренним индикатором часового типа с допусками, соответствующими IT7–IT8;

• Перпендикулярность торца: измеряется циферблатным индикатором на поворотном столе с погрешностью ≤0,02 мм/100 мм;

• Проверка профиля зуба:

• Измерьте радиальное биение зубчатого венца (≤0,05 мм) и торцевое биение (≤0,04 мм) с помощью прибора для измерения биения зубчатых колес.

• Используйте центр измерения зубчатых передач для обнаружения совокупной погрешности шага (≤0,1 мм/100 мм) и погрешности профиля зуба (≤0,015 мм);

• Шероховатость поверхности: измеряется с помощью профилометра, на несопрягаемых поверхностях Ра≤12,5 мкм, на сопрягаемых поверхностях Ра≤3,2 мкм и на поверхностях зубьев Ра≤0,8 мкм.

3. Контроль термообработки

• Испытание на твердость: используйте твердомер Роквелла для измерения твердости поверхности зубьев (науглероженный слой зубчатых муфт ≥58HRC, сердцевина 25-35HRC);

• Глубина науглероженного слоя: контролируется с помощью металлографического микроскопа для обеспечения эффективной глубины покрытия (1,5–3 мм);

• Металлографическая структура: Проверить класс мартенсита поверхности зуба (≤класса 3), не допускается наличие сетчатых карбидов.

4. Проверка готовой продукции

• Проверка размеров сборки:

• Общая длина муфты: измерена стальной лентой с погрешностью ≤±1 мм;

• Соосность двух валов: После сборки с помощью индикатора часового типа определите радиальное круговое биение (≤0,1 мм/м) и осевое перемещение (≤0,2 мм);

• Испытание на динамическую балансировку: для муфт со скоростью ≥1000 об/мин провести испытания на динамическую балансировку (ГБ/T 9239) с дисбалансом ≤50 г·мм/кг;

• Испытание на несущую способность: для крупных зубчатых муфт проведите статические испытания на крутящий момент (нагрузка в 1,5 раза больше номинального крутящего момента, удержание в течение 10 минут без пластической деформации);

• Эффективность уплотнения: Для зубчатых муфт провести испытания под давлением (0,2 МПа) после закачки смазки, при отсутствии утечек в течение 30 мин.

5. Отчет о проверке завода

• Отчеты о сертификации сырья и дефектоскопии;

• Записи измерений основных размеров и отчеты о проверке профиля зубьев;

• Отчеты о твердости термообработки и глубине цементированного слоя;

• Результаты испытаний готовой продукции на динамическую балансировку и статический крутящий момент.