В этой статье представлен подробный обзор шестерни конусной дробилки, важнейшего компонента трансмиссии, который зацепляется с зубчатым колесом для передачи мощности двигателя на эксцентриковый узел, обеспечивая колебательное движение подвижного конуса. В ней подробно описываются функции шестерни, включая передачу мощности, усиление крутящего момента и точное зацепление. Подробно описываются состав и структура, включающие зубья шестерни, корпус вала, шейки подшипника, заплечики/буртики, отверстия для смазки и шпоночный паз/шлицы, а также их структурные характеристики. Для крупногабаритных шестерен описывается процесс литья, включающий ионизацию материала, изготовление модели, формовку, плавку и заливку, охлаждение и выбивку, термическую обработку и контроль. Для кованых шестерен описывается процесс обработки и изготовления, включая ковку, черновую обработку, термическую обработку, чистовую обработку и удаление заусенцев/полировку. Кроме того, предусмотрены меры контроля качества, такие как проверка материалов, проверка точности размеров, испытания на твёрдость и микроструктуру, динамические испытания, неразрушающий контроль и окончательный контроль. Эти процессы гарантируют достижение шестерней необходимой прочности, точности и долговечности, гарантируя надёжную передачу мощности в сложных условиях дробления.
Подробное описание компонента шестерни конусной дробилки
1. Функция и роль шестерни
Шестерня конусной дробилки (также называемая ведущей шестерней или малой шестерней) — важнейший компонент трансмиссии в системе привода дробилки, непосредственно взаимодействующий с большой шестерней, передающей вращательную энергию от двигателя к эксцентриковому узлу. Её основные функции включают:
Передача энергии: преобразование высокоскоростного вращения двигателя (обычно 1450 об/мин для электродвигателей) в низкоскоростное движение с высоким крутящим моментом, необходимое для зубчатой передачи, приводящей в колебательное движение подвижный конус.
Усиление крутящего момента: действует как редуктор (передаточное отношение от 5:1 до 8:1) для увеличения крутящего момента, что позволяет дробилке обрабатывать твердые материалы, такие как гранит или базальт.
Прецизионная сетка: Поддержание стабильного зацепления с зубчатой передачей для обеспечения плавной работы, снижения вибрации и шума во время дробления.
Поскольку шестерня работает в условиях высоких напряжений и непрерывно, она должна сочетать в себе высокую прочность, износостойкость и точность размеров, чтобы избежать преждевременного выхода из строя.
2. Состав и строение шестерни
Шестерня представляет собой небольшое цилиндрическое зубчатое колесо со сплошным или полым валом, имеющее следующие компоненты и конструктивные детали:
Зубья шестерни: Внешние эвольвентные зубья (модуль 6–16, в зависимости от размера дробилки) с углом зацепления 20°, предназначенные для зацепления с зубчатым колесом. Профиль зуба имеет радиус скругления у основания для снижения концентрации напряжений.
Корпус вала: Цилиндрический вал, интегрированный с редуктором, один конец которого соединён с двигателем через муфту (например, гибкую или гидравлическую), а другой опирается на подшипники (роликовые или шариковые). Диаметр вала варьируется от 50 до 300 мм, со шпоночными пазами или шлицами для передачи крутящего момента.
Подшипниковые шейки: Прецизионные цилиндрические секции на валу, на которых установлены подшипники, с жесткими допусками (IT5–IT6) для обеспечения плавного вращения и минимального биения.
Плечи или воротники: Осевые выступы на валу, которые позиционируют подшипники и предотвращают осевое перемещение во время работы.
Отверстия для смазки: Небольшие просверленные отверстия, ведущие к зубьям шестерен и шейкам подшипников, через которые подается масло или смазка для уменьшения трения и износа.
Шпоночный паз или шлицевое соединение: Прорезь или ряд выступов на конце вала, сопрягающиеся с муфтой двигателя, обеспечивающие передачу крутящего момента без проскальзывания.
3. Процесс литья шестерни (для крупногабаритных шестерен)
В то время как малые шестерни часто изготавливаются ковкой, большие шестерни (диаметр вала ссшшш150 мм) могут из соображений экономии средств изготавливаться методом литья. Для этого выполняются следующие действия:
Выбор материала:
Предпочтение отдается высокопрочной легированной литой стали (ZG40CrNiMo), обладающей прочностью на растяжение ≥800 МПа и ударной вязкостью ≥60 Дж/см², что позволяет выдерживать циклические нагрузки.
Изготовление выкроек:
Создаётся полноразмерная модель из пенопласта или дерева, повторяющая зубья шестерни, вал и цапфы. Припуски на усадку (2–2,5%) учитывают сжатие при охлаждении.
Формование:
Вокруг модели формируются песчаные формы на основе смолы с песчаным стержнем для полого вала (при необходимости). Полость формы покрывается огнеупорной смесью для обеспечения гладкой поверхности.
Плавка и заливка:
Сплав выплавляют в электродуговой печи при температуре 1550–1600 °C, химический состав контролируется следующим образом: C 0,38–0,45%, Кр 0,8–1,1%, Ни 1,2–1,5% и Мо 0,2–0,3%.
Заливка производится при температуре 1500–1530 °С с использованием донного ковша, что позволяет минимизировать турбулентность и обеспечить полное заполнение формы.
Охлаждение и вытряхивание:
Отливка охлаждается в форме в течение 48–72 часов для снижения термических напряжений, затем извлекается вибрацией. Остатки песка очищаются дробеструйной очисткой.
Термическая обработка:
Нормализация (880–920 °C, охлаждение на воздухе) измельчает зернистую структуру, после чего следует отпуск (600–650 °C) для достижения твердости 220–250 HBW, что улучшает обрабатываемость.
Инспекция литья:
Визуальный осмотр и проверка методом цветной дефектоскопии (ДПТ) на наличие поверхностных трещин и раковин.
Ультразвуковой контроль (УЗК) выявляет внутренние дефекты в строгих пределах (отсутствие дефектов размером менее 2 мм на зубьях шестерен или сердечнике вала).
4. Процесс обработки и изготовления (кованые шестерни)
Большинство шестерен изготавливаются методом ковки для повышения прочности, при этом выполняются следующие этапы изготовления:
Ковка:
Стальную заготовку (40CrNiMoA) нагревают до 1100–1200 °C и проковывают в грубую форму вала-шестерни с помощью гидравлического пресса, что улучшает текучесть зерна и механические свойства.
Черновая обработка:
Кованая заготовка обрабатывается на токарном станке с ЧПУ для обработки наружного диаметра вала, заплечиков и шеек подшипников с припуском на чистовую обработку 2–3 мм.
Зубья шестерен обрабатываются черновым способом на зубофрезерном станке с припуском на чистовую обработку 0,5 мм.
Термическая обработка:
Цементация: зубья шестерен и поверхность вала цементируются при температуре 900–930 °C в течение 6–10 часов для создания твердого слоя (толщиной 0,8–1,2 мм), повышающего износостойкость.
Закалка и отпуск: закалка в масле до 850–880 °C, затем отпуск при 180–200 °C для достижения поверхностной твердости ХРК 58–62 (зубья) и твердости сердцевины ХРК 30–35 (вал).
Чистовая обработка:
Зубья шестерен шлифуются на зубошлифовальном станке с точностью АГМА 7–8, с отклонением профиля зуба ≤0,015 мм и шероховатостью поверхности Ра0,8 мкм.
Подшипниковые шейки подвергаются прецизионной шлифовке с допуском IT5, имеют круглость ≤0,005 мм и шероховатость поверхности Ра0,4 мкм для обеспечения плавной работы подшипника.
Шпоночные пазы или шлицы протягиваются с жесткими допусками (ширина ±0,01 мм) для надежного соединения муфты.
Удаление заусенцев и полировка:
Кромки зубьев зачищаются с помощью щетки или абразивного круга, чтобы предотвратить концентрацию напряжений.
Отверстия для смазки утоплены и отполированы, чтобы не препятствовать потоку масла.
5. Процессы контроля качества
Проверка материалов:
Химический анализ (спектрометрия) подтверждает состав сплава (например, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44%，Ни 1,25–1,65%，Мо 0,15–0,25%).
Испытание на растяжение кованых образцов проверяет предел текучести (≥835 МПа) и относительное удлинение (≥12%).
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) контролирует параметры зубчатых передач: погрешность шага (≤0,02 мм), толщину зуба (±0,01 мм) и биение вала (≤0,02 мм).
Подшипниковые шейки проверяются на концентричность с осью шестерни (≤0,01 мм) с помощью циферблатного индикатора.
Испытание твердости и микроструктуры:
Поверхностную твердость зубьев измеряют с помощью прибора Роквелла (требуется ХРК 58–62).
Металлографический анализ подтверждает равномерную глубину цементированного слоя и отсутствие избыточного остаточного аустенита.
Динамическое тестирование производительности:
Испытание на зацепление: шестерня соединяется с зубчатым колесом на испытательном стенде для измерения шума (≤80 дБ при номинальной скорости) и вибрации (≤0,05 мм/с).
Испытание на перегрузку: эксплуатация при крутящем моменте 120% от номинального в течение 2 часов для проверки деформации зубьев или перегрева подшипника.
Неразрушающий контроль (НК):
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) выявляет поверхностные трещины в зубьях, заплечиках вала и шпоночных пазах.
Ультразвуковой контроль (УЗК) проверяет сердечник вала на наличие внутренних дефектов (отсутствие дефектов размером >φ2 мм).
Окончательная проверка:
Перед утверждением проводится полная проверка отчетов об испытаниях, включая сертификаты материалов и записи размеров.
На шестерне указан номер детали, твердость и дата проверки для прослеживаемости.
Благодаря этим строгим процессам шестерня конусной дробилки достигает необходимой прочности, точности и долговечности, обеспечивая надежную передачу мощности и длительный срок службы в сложных условиях дробления.
