离心机进口与国产差速器技术改造

2008/11/4/16:48 来源：中国离心机网

                                    离心机差速器技术改造

                                                 王磊　

                （新疆中泰化学股份有限公司　新疆  乌鲁木齐　８ ３０００９ ）

    【摘要】根据离心机工作原理，分析了目前离心机进口与国产差器主要存在的问题，提出改造方案，取得了良好的使用效果。

    【关键词】离心机　差速器　技术　改造

    ０　前　言

    我公司属氯碱化工行业，氯碱化工是国家的基础性产业，主要产品为聚氯乙烯树脂、离子膜烧碱、合成盐酸等产品，这些产品广泛用于轻工、化工、纺织、建材等国民经济各领域。离心机在我公司主要是用于聚氯乙烯树脂固液分离，工作原理是外转鼓和内鼓（又称螺旋推料器）都做高速同旋转，同时两转动体又有相对差速，而实现固液分离，因此差速器是离心机的关键部件。保证离心机差速器的高效、长周期运行，是生产的必要保证。

    １　离心机工作原理

    离心机是利用离心力分离在   液体中含有颗粒的液－固体的悬 浮液的设备。

   它的主要结构如图１所示， 在外壳 ４ 上装有两个转子，外转 子是一个锥形起沉降作用的转 鼓 ５，两端固定在空心转轴 ２ 上， 由右边的皮带轮 ９ 带动旋转，内 转子为一个在空心轴上装有锥形叶片的螺旋推料器 ７，它由左端的差速器 １ 带动，旋转方向与转筒相同，差速器为行星轮减 速器，它由外转子通过空心轴 ２带动旋转，使螺旋推料器的转 速比锥形转鼓快 ２０ － ５０ｒ／ｍ ｉｎ，这个差值一般是转鼓转速的 １ － ２％ ，通常称为差转速。差转速使螺旋推料器的螺旋叶片与转鼓内壁间有相对运动，因而螺旋推 料器可以推送固体物料。当悬 浮液从右端进料口 ６ 连续加入时，由于转鼓回转产生的离心力的作用下，物料聚集在转鼓大端，形成一沉降区。在沉降区里，悬浮液中的固相物料受离心力的作用而沉降到转鼓内壁上，并被螺旋推料器送到转鼓小端的干燥区，最后从卸渣口甩出。锥形转鼓大端的端面上开有四个圆形口，达到一定的深度的澄清液从溢流口 ８ 流出，这样就实现了固、液的分离。

     ２　差速器结构分析

     ２．１ 差速器结构

     离心机差速器是由两极行星齿轮系统组成，第一级为行星机构，第二级为差动机构，齿形为渐开线形。其第一级与第二级均有三个行星齿轮。一级输入轴　（一级太阳轮），通过摇臂与力矩保护装置相连接，一级输出轴与二级输入轴（二级太阳轮）通过短齿渐开线花键联接为一体（我们称这一构件为小三星盘盖），二级输出轴（大三星盘盖），通过花键轴与内转子相 连接。一、二级内齿圈与差速器 外壳通过短齿渐开线花键联结为一体，差速器外壳通过联结 盘与转鼓相连接。

     其工作原理为：当离心机工 作时，转鼓带动差速器外壳（即 一、二　级内齿圈）同步旋转。由 于一级输入轴被为矩保护装置 所固定，因而形成了一级输入 轴与一级内齿圈之间的相对旋 转，这种旋转通过与两者相啮 合的三个小行星齿轮按一定转 差传递给二级输入轴（即行星机构）。二级输入轴与二级内齿 圈之间的相对旋转，又驱动二 级的三个大行星齿轮按一定转 差把相对旋转传递给二级输出轴（即差动机构）。由于二级输出 轴是通过花键轴与内转子相连 接的，从而实现了内转子与外 转子之间的相对转动，这样使离心机完成了的整个分离过程。差速器结构见图 ：

                

    ２．２ 主要存在的问题

     进口差速器的结构中一、二 级内齿圈依靠加工过盈量将其 镶入差速器壳体内，再通过紧固 销径向定位，防止内齿圈在壳 体内转动；国产差速器则将一、二级内齿圈与壳体制成一体，同时国内外产差速器的小行星盘盖与第二级中心太阳齿轮均制成一体。

    上述结构的缺点是内齿圈和壳体为一整体，第二级中心太阳轮与小行星盘盖制成钢性整体，若加工精度不高，必然造成各行星轮与太阳轮的啮合力不均匀，齿面磨损增加或易产生断齿。尤其国产差速器有一齿损坏，就会导致壳体报废　，增加了运行成本。差速器是在高速、重 载、不断承受冲击交变载荷的恶劣工作条件下运转，故要求差速器的抗过载冲击及抗扭震性能要好。目前普遍使用的差速器由于其结构存在缺陷，使其加工难、噪音大、寿命短、不易维修。针对以上缺点，我们对差速器进行了改造。

    ３　技术改造方案

    ３．１ 传递扭矩方面

     我们在设计上充分考虑差速器在实际使用中容易出现的故障，一级行星机构中，齿轮模数是 Ｄ Ｐ １ ８ 相 当 于 公 制 模 数 １ ．４１１ｍ ｍ （公制模数 ＝２５．４／英制径节＝２５．４／１８ ＝１．４１１），不管是操作不当也罢，还是维修不及时也罢，在实际应用中， 齿轮和齿圈磨损较快。因此相应加大齿轮模数，这样可以提高传动强度，使传递扭矩能力明显提高。我们一级齿轮选用模数 ｍ ＝ ３ｍ ｍ ，二级齿轮选用模数 ｍ ＝ ４ｍ ｍ ，从而提高了齿轮的强度，降低了齿轮被损坏的故障率。

                  

    ３．２ 抗扭震性方面

     因为所分离物料的特性，引起扭震而造成主机和差速器的损坏是一种危害很大的常见故障。我们具体改造的方法是：大、小内齿圈与差速器壳体、二级太阳轮与小三星盘盖　，都是通过短齿渐开线花键联接传递动力。齿圈模数 ｍ ＝２ｍ ｍ ，齿数 ｚ ＝ １８ ４，　压力角α ＝３０。，二级太阳轮模数 ｍ ＝２ｍ ｍ ，齿数 ｚ ＝ ２２，　压力角α ＝３０。，采用这种结构，有三方面的优点：

     １）这种浮动方式是靠基本构件本身，没有固定的径向支承（通过齿联接就有齿　侧间隙），在受力不平衡的条件下能够做径向游动，从而使各行星齿轮均匀分担载荷。

    ２）大、小内齿圈通过齿与壳体联接　，对于装配和维修都很方便　。

    ３）二级中心太阳轮与小三星盘盖通过短齿渐开线花键联接，既是一个浮动环，又改善了加工性能，使两个零件的精度都宜保证。

    ３．３ 承载能力方面

    改造的行星齿轮支撑结构，直接采用行星轴作为滑动轴承来支撑。行星轴采　用特殊牌号的高铅锡青铜材料制作，此合金含有极高的铅　（Ｐｂ　的重量为　１６％ 　国　２２％ ），锡　（Ｓｎ　的重量为　６％ －８ ％ ）、少量的锌（Ｚ ｎ　＜　１．２０％ ）　、镍（Ｎｉ＜ｌ％ ），其余为铜。该合金铸成的滑动轴承，有优异的抗划伤和抗滞塞特性　，其使用寿命远超过常规的轴承合金，由于铅呈颗粒状存在，具有自润滑功能，因此该合金适用于　高速、磨损厉害、润滑条件差的工作环境，抗载能力显著提高。

    ３．４ 运行温度方面

    改造后的齿轮及零件的精度、光洁度都要求很高，外齿的齿形、齿顶都进行修缘处理，从而降低传动元件之间的摩擦阻力。而且在结构设计上，行星轮与行星轴之间留有径向间隙，使润滑油能充分地流到滑动轴承表面上，这样两者之间形成油膜，所以润滑性能好，运行温度低。

    ３．５ 齿轮寿命方面

    我们在选材上，所有的外齿轮均采用优质合金低碳钢２０ＣｒＭｎＴｉ，该材料耐磨、抗弯强度冲击韧性好。大、小内齿圈采用优质合金中碳钢　４２ＣｒＭｏ，　该材料有较高的疲劳强度和抗冲击能力，冲 击韧性良好。

    在热处理上，所有的外齿轮均采用渗碳淬火方式，除保证表面硬度外，还根据齿轮的磨数，制定相应的渗碳层深度。碳层太薄　，易产生表面剥落及压陷，太厚齿轮太脆　，反而降低齿轮的抗弯强度及耐冲击能力。因此在热处理时，严格控制炉温及时间，保证合理的渗碳层深度。

    对于内齿圈，由于结构原因不能进行磨齿，所以我们采用离子氮化处理。这种热处理方法，变形最小，可以保证精度。通过选材和热处理方面的改造，齿轮的使用寿命以前延长近一倍。

    ４　结论

    经过对离心机差速器进行技术改造，从结构设计上比进口差速器简单、紧凑，大大改善了加工工艺性能，而且标准化程度大大提高，齿轮的模数、轴承、骨架油封、螺栓等均采用公制标准系列，这样易于生产和加工，更易于保证零部件的加工精度，同时拆装方便，承载能力大，均载效果好，达到了运转平稳，运行温度低，噪音小，齿轮寿命长等目的，保证离心机长周期、高效的运行。

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