CN103878183B - 螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，包括依次连接的电机、主传动变速装置、传动齿轮组、蜗杆传动装置、轧辊，轧辊设有径向调节装置；蜗杆传动装置包括相互啮合的第一蜗轮和蜗杆，蜗杆还啮合有第二蜗轮，第二蜗轮与所述轧辊的转轴固定连接，第一蜗轮通过第五轴和第十齿轮与传动齿轮组啮合。当因轧制直径变化时，可以通过径向调节装置调节轧辊整体向下或向上移动。由于采用蜗轮－蜗杆－蜗轮的传动结构，在轧辊径向移动时不影响其传动，实现两个不在同一轴的轴连续转动。

Description

螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置

技术领域

本发明涉及一种螺旋翅片管换热器制造设备，尤其涉及一种螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置。

背景技术

螺旋翅片管换热器是一种高效换热器，因它的高效传热，高经济性与可靠性，低流动阻力与金属消耗量等性能，在各个换热设备中广泛应用。

自70年代开始McElroy、C.M.S和Aliabad等许多的公司一直在不断地研制、开发不同尺寸规格的翅片管生产设备。国内却从八十年代初期才开始大量的使用，但因设备陈旧、质量不稳定致使生产效率低、生产规格较小。

现有技术中的螺旋翅片管生产设备。在设备开动时电机开始转动，经减速器减速，增大扭矩经齿轮传动给双联齿轮，之后由星轮经万向节传递给三组杆成等边三角形排布的压辊同步同向旋转。管坯能通过借由辊轧时刀片与管子的摩擦力能自动旋转与走刀，因此无需走刀机构。当需要调节轧制工件的径向时，通过伸缩轴来适应调节。三组轧辊刀在轴向错开1/3的节距距离，刀片厚度也为一个节距。为了使翅片的传热效果有所增加，在轧制同时要用冷却液冲洗轧制产生的金属屑，并提高刀片的耐用度。

在辊压时翅片管会比未轧时长。其材料越软则越长，这就与管径、翘片高度、壁厚、材料等有关，故要根据试验结果确定。刀片的形状、数量要以视滚压的翅片管性质和设备等设计。

上述现有技术至少存在以下几个问题：

1.齿轮变速问题：

轧制时，由于管坯的材料、管径、翅片高度等要素的影响，需要通过齿轮的变速来加强或减弱压辊的转速。

2.星轮与轧辊的连接问题：

虽然有万向节连接星轮与轧辊，但万向节结构不紧凑。这需要将星轮与轧辊之间的距离拉近设计。

3.压辊轧制管坯的直径大小的调节问题：

现有设备的调节需要人工对不同管径的轧制直径改变，这样的调节费时费力，生产效率非常低，故需要更改为自动化地调节。因此，调节的传动要改变。

发明内容

本发明的目的是提供一种传动结构简单、轧辊径向调节方便的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，包括依次连接的电机、主传动变速装置、传动齿轮组、蜗杆传动装置、轧辊，所述轧辊设有径向调节装置；

所述蜗杆传动装置包括相互啮合的第一蜗轮和蜗杆，所述蜗杆还啮合有第二蜗轮，所述第二蜗轮与所述轧辊的转轴固定连接，所述第一蜗轮通过第五轴和第十齿轮与所述传动齿轮组啮合。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，由于包括依次连接的电机、主传动变速装置、传动齿轮组、蜗杆传动装置、轧辊，轧辊设有径向调节装置；蜗杆传动装置包括相互啮合的第一蜗轮和蜗杆，蜗杆还啮合有第二蜗轮，第二蜗轮与所述轧辊的转轴固定连接，第一蜗轮通过第五轴和第十齿轮与传动齿轮组啮合，当因轧制直径变化时，可以通过径向调节装置调节轧辊整体向下或向上移动，又由于采用蜗轮－蜗杆－蜗轮的传动结构，在轧辊径向移动时不影响其传动，实现两个不在同一轴的轴连续转动。

附图说明

图1为本发明实施例提供的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置的传动链示意图；

图3为本发明实施例中主传动变速装置结构示意图；

图4为本发明实施例中蜗轮-蜗杆-蜗轮传动结构示意图；

图5为本发明实施例中径向调节装置的结构示意图。

其中：1-主传动变速装置，2-蜗杆传动装置，3-径向调节装置，4-Y160-L6电机，5-第一联轴器，6-第一轴，7-第一齿轮，8-第二齿轮，9-第三齿轮，10-第四齿轮，11-第五齿轮，12-第六齿轮，13-第二轴，14-第二联轴器，15-第三轴，16-第七齿轮，17-第八齿轮，18-第四轴，19-第九齿轮，20-第十齿轮，21-第五轴，22-第一蜗轮，23-蜗杆，24-第二蜗轮，25-轧辊，26-THO系列B型液压缸，27-步进电机，28-螺旋箱，29-第三联轴器，30-螺旋杆，31-螺旋螺母，32-轧辊架。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其较佳的具体实施方式是：

包括依次连接的电机、主传动变速装置、传动齿轮组、蜗杆传动装置、轧辊，所述轧辊设有径向调节装置；

所述蜗杆传动装置包括相互啮合的第一蜗轮和蜗杆，所述蜗杆还啮合有第二蜗轮，所述第二蜗轮与所述轧辊的转轴固定连接，所述第一蜗轮通过第五轴和第十齿轮与所述传动齿轮组啮合。

所述主传动变速装置包括第一轴、第二轴，所述第一轴上设有第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮，所述第二轴上设有第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮，所述第一轴通过第一联轴器与所述电机连接，所述第一轴上的齿轮与所述第二轴上的齿轮通过拨叉拨动啮合。

所述传动齿轮组包括第三轴、第四轴，所述第三轴上设有第七齿轮，所述第四轴上设有第八齿轮、第九齿轮，所述第七齿轮与所述第八齿轮啮合，所述第九齿轮与所述第十齿轮啮合，所述第三轴通过第二联轴器与所述第二轴连接；

所述第七齿轮与所述第十齿轮的节圆直径相同，所述第八齿轮与所述第九齿轮的节圆直径相同，所述第一蜗轮与第二蜗轮的节圆直径相同。

所述第十齿轮和第五轴分别有三个，均布在所述第九齿轮的圆周。

所述径向调节装置包括依次连接的液压缸、步进电机、第三联轴器、螺旋杆，所述螺旋杆与螺旋螺母啮合，所述螺旋螺母与轧辊架连接。

本发明的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，针对螺旋翅片管挤压成型机的优缺点进行深入研究，并对其中的传动装置进行多方面的设计。包括：各种传动方式的分析、选择、确定，对该传动方式与轧辊的连接进行选择以及元件和轧辊的组合方式的设计，元件的尺寸等参数的设计。具有以下优点和效果：

采用新型动力传动装置的刚度增加、传动平稳性大幅提高，从而有利于提高翅片管的成型制造精度、产品质量、工作效率以及企业的经济效益，也最终提高了螺旋翅片管自动化生产设备的整体性能，翅片管产品的成型质量一致性得到保证，次品率、废品率大幅下降；

由于传动平稳、节奏均匀，可以提高机器的运行速度，从而可以提高设备的生产效率；

原每条生产线动力传动部分由于废品率高，需要1人专门处理，现在不需人，大幅节约人工及成本；

设备平稳运行也减少了机器对操作人员的伤害；

本发明可推广到类似的动力传动装置的设计。

具体实施例：

如图1、图2所示，本发明的传动结构主要由主传动变速装置1，蜗杆传动装置2和径向调节装置3等组成。

工作过程如下：

通过电机4的旋转提供动力，将动力传给第一轴6。第一轴上有三种齿轮，它们形成一个整体,通过液压装置对拨叉的调动带动齿轮左右移动，并让其分别啮合，从而实现增大转矩及变速。第一轴6上的动力经第一齿轮7、第二齿轮8、第三齿轮9分别与第四齿轮10、第五齿轮11、第六齿轮12啮合传递给第二轴13。第二轴13在不变速下传给第三轴15，第三轴15上的第七齿轮16再将动力传给第四轴18上的第八齿轮17，第八齿轮17的作用不仅增大转矩，它能将其上的转矩传给同轴上的同尺寸的第九齿轮19，由第九齿轮19与第十齿轮20啮合，将转矩、转速均分到三个第五轴21上。为了保持第三轴15与第五轴21的转速不变，第七齿轮16与第十齿轮20的尺寸相同。最后经过同尺寸第一蜗轮22与第二蜗轮24之间的蜗杆23使转矩与转速传给轧辊，使轧辊拥有较大的轧制力。

传动结构三种关键部分：

（1）传动变速结构：

如果轧机的传动装置的变速结构仅仅靠减速器，通过减速器减速之后的速度是一个固定值。因此，在它轧制时速度是不会变的。但为了能对不同材料、尺寸等翅片管进行轧制，需要不同的转速来进行。如：针对小管径的螺旋翅片管，它们所需的轧制力并不需要太大，因此提高轧制它们的转速来减少转矩，从而减少轧制力。同时，也能使轧制它们的速度增加，节约能源、提高生产的效率。

第一轴6上齿轮整体向左移，第一齿轮7与第四齿轮10啮合；第一轴6上齿轮整体移向中间，第二齿轮8与第五齿轮11啮合；第一轴6上齿轮整体移向右端，第二齿轮8与第五齿轮11啮合。电机的动力经第一联轴器传给第一轴6，并通过第一齿轮7与第四齿轮10或第二齿轮8与第五齿轮11或第三齿轮9与第六齿轮12之间增大转矩、减少转速，使第二轴13有大转矩，小转速后经第二联轴器传出。

为了提高第一轴6与第二轴13强度，减少轴的集中载荷，齿轮的排布如图3所示。由于在转动时，两轴上齿轮都主要受径向力，因此它们将用深沟球轴承来做支承和导向作用。

（2）万象联轴节传动改变：

如果机器是通过万象联轴器来使齿轮转动轴和轧辊连接的。虽然通过它能使两轴不在同一轴线、存在轴线夹角的情况下实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。但其占有的空间还是较大的，使机器整体变大，因此，将其更改为蜗轮蜗杆传动（如图4所示）可使它的占有空间大大减少，并且使整个传动结构显得非常紧凑。

第三轴18的转矩与功率因为有三个成120°排布的第五轴21上的第十齿轮20与第九齿轮19啮合，因而使其被均分三个轴上。第五轴21上的第一蜗轮22被带转动从而使蜗杆转动，蜗杆只是起传递动力的作用。当因轧制直径变化时，轧辊25整体向下或向上移动，相对着第一蜗轮22在蜗杆23的位置也会变化，实现两个不在同一轴的轴连续转动。

（3）径向调节的传动结构：

如果机器采用径向调节装置，则需要人工调动。这样的调动方式费时费力，使工厂的生产效率大大降低。如今，许多工厂都进入了自动化时代，通过计算机的控制来完成相应的动作，这样可提高生产效率，也可减少人工消费。以此为主将其设计成以液压粗调，螺旋精调(如图5所示)。液压的粗调是将其精度控制在“厘米”，而螺旋精细调可将其精度像螺旋测微器一样达到0.01毫米，满足设备的加工精度。

轧辊动力传动结构的主传动是指由电机4开始直到将动力传递给轧辊之间的传动，如图1、图2中从电机4开始到轧辊25上的第二蜗轮24。作为冷轧部分的关键传动，具体对它的设计可以具体问题具体分析。

为使机器能通过计算机技术进行控制，因此还需要参考相关数字化生产车间主要技术指标与金属复合轧制翅片管产品主要技术指标。

具体实施例中的技术参数如下：

1)钢管自动装料：料长0.5---10m，直径15--35mm，轧制速度1.6分/m；

2)铝管自动装料：料长0.5---10m，直径25--45mm，轧制速度1.6分/m；

3)翅片要求：翅片间距2-6mm，翅片高度5--25mm，内管直径15--35mm；

4)转速：800--1600转/分，可接受的管壁温度300℃；

5)功率：正常5.5KW、峰值11KW带可控硅无级变速控制直流电机；

6)可以生产铜铝复合、合金铝与铝复合等多种材料复合翅片管；

7)接触压力大于或等于75㎏/㎝²，冷热反复变化也永不松动；

8）可接受的冷却液：温度25℃；

9）可接受的管壁温度300度；

10）轧辊所需转速n≥300r/min；

11)室内工作。

电机选择：

按工作要求和工作条件选用Y系列（IP44）三相异步电动机(JB/9616-1999)，表1是其相关技术参数。

表1Y160-L6电机参数

行星轮结构：

第三轴18的作用是将与第八齿轮17啮合的第七齿轮16所传过来的转矩、功率分配到三个与第九齿轮19啮合的第十齿轮20的轴上，而其传过来的速度并未改变，因此，第十齿轮20的转速就是第七齿轮16的转速。为了不因大转矩而损坏齿轮，仍把转矩以最大计算。该结构中齿轮无轴向移动，为使传动结构更紧凑，大、小齿轮均选用硬齿面斜齿轮。其余选择与直齿相同，定其螺旋角β=14^*。因为小齿轮z₇=20设取其传动比为i_R=5，故其大齿轮z=100。

蜗轮蜗杆结构：

蜗杆23在装置中起着传递转速的作用，通过第一蜗轮22与蜗杆23的啮合使蜗杆转动，将动力传递给第二蜗轮24，因第一蜗轮22与第二蜗轮23的尺寸一样，故其转速不会变。

蜗杆传动选择：

根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。因其传动的功率与速度不大，故蜗杆选用45钢，为提高效率与耐磨性，蜗杆的螺旋齿面要求淬火，为硬度为45-55HRC。蜗轮齿圈用铸锡磷青铜ZCuSn10P1金属模铸造。

蜗杆传动的设计准则为：

开式传动以保证齿根弯曲疲劳强度进行设计，刚度校核。

轴的设计：

轴是传动中重要一部分，它将使各齿轮联系在一起从而使传动具有连续性。

45钢作为各轴材料具有价廉、对应力集中的敏感性较低，可用热处理或化学热处理办法提高其耐磨性及抗疲劳强度，因此选45钢作调质处理。

电机与第一轴6、第二轴13与第三轴15之间连有联轴器，联轴器轴安装在最小直径处，为了能选孔径相适应的联轴器，须同选取连轴器的型号。电动机型号为Y160-L6，因此按GB/T5272-2002选择的联轴器是：HL3型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为630000N·mm。

初步选择滚动轴承，第一轴6与第二轴13仅受径向力，因此选择深沟球轴承，故第一轴6与第二轴13、第四轴18分别选型号为6207、6209、6220。第三轴15、第五轴21、蜗杆23、轧辊25都有较大的轴向力因而选择角接触轴承，其型号依次为7209C、7206C、7207C、7206C。

润滑：

该传动形式为开式传动，因此，齿轮将采用人工周期性加油润滑。其润滑剂则用普通开式齿轮油，因其速度并不是很大，故根据《机械设计手册》采用齿轮传动润滑油粘度推荐值为177cSt到266cSt范围内值。从SH/T0363-1992知，可选粘度等级为220，相近牌号为3的润滑剂。涡轮蜗杆按推荐值采用100cSt润滑油，靠喷油来润滑。

轴承的润滑依靠dn值来判断，即轴承内径乘转速。根据它们的值与《机械设计手册》轴承脂油润滑的dn值界限判断皆用脂润滑。因工作环境在室内，故其温度在20°到30°之间，所以采用合成润滑脂。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其特征在于，包括依次连接的电机、主传动变速装置、传动齿轮组、蜗杆传动装置、轧辊，所述轧辊设有径向调节装置；

所述蜗杆传动装置包括相互啮合的第一蜗轮和蜗杆，所述蜗杆还啮合有第二蜗轮，所述第二蜗轮与所述轧辊的转轴固定连接，所述第一蜗轮通过第五轴和第十齿轮与所述传动齿轮组啮合。

2.根据权利要求1所述的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其特征在于，所述主传动变速装置包括第一轴、第二轴，所述第一轴上设有第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮，所述第二轴上设有第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮，所述第一轴通过第一联轴器与所述电机连接，所述第一轴上的齿轮与所述第二轴上的齿轮通过拨叉拨动啮合。

3.根据权利要求2所述的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其特征在于，所述传动齿轮组包括第三轴、第四轴，所述第三轴上设有第七齿轮，所述第四轴上设有第八齿轮、第九齿轮，所述第七齿轮与所述第八齿轮啮合，所述第九齿轮与所述第十齿轮啮合，所述第三轴通过第二联轴器与所述第二轴连接。

4.根据权利要求3所述的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其特征在于，所述第七齿轮与所述第十齿轮的节圆直径相同，所述第八齿轮与所述第九齿轮的节圆直径相同，所述第一蜗轮与第二蜗轮的节圆直径相同。

5.根据权利要求4所述的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其特征在于，所述第十齿轮和第五轴分别有三个，均布在所述第九齿轮的圆周。

6.根据权利要求1至5任一项所述的螺旋翅片管换热器挤压成型制造动力传动装置，其特征在于，所述径向调节装置包括依次连接的液压缸、步进电机、第三联轴器、螺旋杆，所述螺旋杆与螺旋螺母啮合，所述螺旋螺母与轧辊架连接。