卷取機(jī)減速器的設(shè)計(jì)概述

趙立明 王瑞

摘要：介紹一種重卷機(jī)組卷取機(jī)減速器的主要性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式，提出該類減速器的設(shè)計(jì)要領(lǐng)和技術(shù)要點(diǎn)，探討優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和手段，為改進(jìn)創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：卷取機(jī)；齒輪箱；設(shè)計(jì)

引言

鋁板帶重卷機(jī)組是用于成品鋁卷材的縱向切邊及重卷的設(shè)備系統(tǒng)。其整個(gè)機(jī)列由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的單元組成，共同完成生產(chǎn)任務(wù)，卷取機(jī)組是其中的一個(gè)關(guān)鍵單元。該單元將成品帶材進(jìn)行卷取，并在重卷過程產(chǎn)生前張力，使軋制完的帶材卷緊、卷齊。其組成主要包括高強(qiáng)度的漲縮卷筒、活動(dòng)支撐、立式或臥式減速器、推料板、漲縮油缸及傳動(dòng)部分。下圖是一種卷取機(jī)立式硬齒面減速器的結(jié)構(gòu)形式。本文以該減速器的主要性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式展開設(shè)計(jì)討論，為感興趣的設(shè)計(jì)者進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新提供一點(diǎn)思路。

1.減速器簡介

該結(jié)構(gòu)形式的卷取機(jī)減速器，動(dòng)力由安裝在減速器箱體上的Z4型直流電機(jī)輸入，經(jīng)兩級斜齒輪傳動(dòng)，輸出扭矩傳遞至低速輸出軸，低速軸帶動(dòng)與其聯(lián)接為一體的卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷取成品帶材。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，減速器的傳動(dòng)比通常設(shè)計(jì)為兩擋，即高速擋和低速擋，根據(jù)卷材不同厚度范圍使用不同的速比擋。該減速器要具有比較高的安全性，一旦失效，會(huì)引起機(jī)組、生產(chǎn)線或全廠停產(chǎn)。目前，這種類型的減速器，在涿神有色金屬加工專用設(shè)備有限公司生產(chǎn)的重卷機(jī)上很常用，諸如1550、1850、1900型，使用效果非常良好。國內(nèi)一些有實(shí)力的減速器制造公司，已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)和制造這種與國際先進(jìn)水平媲美的同類機(jī)型。

2.減速器設(shè)計(jì)

以某型號卷取機(jī)減速器設(shè)計(jì)為例，探討設(shè)計(jì)的方法和手段。設(shè)計(jì)的主要條件為：立式結(jié)構(gòu)，兩級傳動(dòng)，可高低速換擋，高速擋i=7.027，低速擋i=14.29，電機(jī)輸入功率P=DC180KW，轉(zhuǎn)速n=450/1500r/min，最小輸入扭矩Tmin=1146N.m，最大輸入扭矩Tmax=3820N.m，過載能力為200%，齒輪及軸承設(shè)計(jì)壽命為10年。

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）采用硬齒面齒輪傳動(dòng)，齒輪精度等級為6級，材質(zhì)20CrMnMo，滲碳淬火+磨齒加工，齒輪進(jìn)行齒廓和齒向修行。按滿足齒輪最小彎曲強(qiáng)度SFmin=1.6和最小接觸強(qiáng)度SHmin=1.25要求，確定減速器的中心距、模數(shù)，按各級傳動(dòng)承載能力大致相等分配傳動(dòng)比，得到如下結(jié)果：高速級/低速級中心距分別為450mm和630mm，模數(shù)分別為8mm和12mm，傳動(dòng)比高速擋i=64/45×84/17=7.027，低速擋 i=81/28×84/17=14.29。通過計(jì)算軟件，還可以對以上參數(shù)繼續(xù)優(yōu)化。

（2）兩擋速比通過花鍵聯(lián)軸器和換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。具體作法是，將高速級的兩個(gè)大齒輪一端分別加工出外花鍵（m=6，z=60），裝配位置呈相對方向，在兩大齒輪之間的中間軸上裝配有內(nèi)外花鍵副（m=6，z=60），外花鍵靠平鍵固定在軸上，內(nèi)花鍵套在外花鍵上可左右自由移動(dòng)，通過減速器設(shè)置的換擋機(jī)構(gòu)，在高速與低速之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。內(nèi)花鍵套由換擋機(jī)構(gòu)的撥動(dòng)手柄進(jìn)行位置固定。撥動(dòng)手柄轉(zhuǎn)過的弧線位移等于內(nèi)花鍵套平移的距離。為了使花鍵副平滑對接嚙入，要對兩個(gè)大齒輪的花鍵齒部倒圓和倒角，且外齒齒部每隔一齒，在結(jié)合端齒寬上少1mm。換擋動(dòng)作可通過手動(dòng)機(jī)構(gòu)或液壓缸方式完成。

（3）箱體設(shè)計(jì)。箱體設(shè)計(jì)為立式安裝形式，采用焊接機(jī)構(gòu)，強(qiáng)度和剛度充足，中箱體和下箱體承擔(dān)安裝電機(jī)、制動(dòng)器和輸出大軸的功能。根據(jù)需要，下箱體底部設(shè)置了防滑筋板，結(jié)合面設(shè)置了水平安裝基面，整機(jī)起吊吊耳沿低速軸方向設(shè)置，分布于下箱體四角。

（4）復(fù)雜的潤滑系統(tǒng)。減速器的稀油潤滑系統(tǒng)由總管路、支管路和分支管路組成。經(jīng)冷卻的潤滑油由總管路進(jìn)入，到達(dá)各個(gè)軸承的潤滑點(diǎn)和齒輪副嚙合區(qū)進(jìn)行潤滑，并帶走產(chǎn)生的熱量，然后匯集到箱體內(nèi)，從箱體的回油法蘭再回到外圍的潤滑站，循環(huán)流動(dòng)。每個(gè)分支管路中都設(shè)置截止閥、油流指示器，通過指示器觀察進(jìn)油量大小并作出調(diào)節(jié)。潤滑是否充分，將決定齒輪和軸承的使用壽命，因此潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)須確保管路油流通暢。

（5）低速輸出軸。低速軸一端聯(lián)接漲縮卷筒，另一端聯(lián)接旋轉(zhuǎn)油缸。整個(gè)大軸由兩盤高承載力的大型雙列圓錐滾子軸承支承，支點(diǎn)跨距較大，受力狀況合理。選擇軸承，計(jì)算軸承壽命是大軸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。

2.2技術(shù)要點(diǎn)

（1）滾動(dòng)軸承在換擋中的運(yùn)用。減速器中間軸設(shè)計(jì)了兩套齒輪和三套花鍵副，花鍵副起傳遞不同速比的扭矩作用。當(dāng)變換到高速檔或低速檔后，余下的一檔齒輪副就不參與傳遞動(dòng)力，跟著空轉(zhuǎn)，用一對滾動(dòng)軸承支承大齒輪，以達(dá)到傳動(dòng)分開的目的。

（2）立體化的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式。與臥式結(jié)構(gòu)相比，本例的結(jié)構(gòu)大大節(jié)省了平面布置的面積，開拓了空間利用，將電機(jī)、制動(dòng)器與減速器集成為一體，符合當(dāng)前減速器設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢。

（3）密封和回油結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在每個(gè)軸承孔下方，鉆出兩排或三排孔，通向箱體內(nèi)部，潤滑軸承的油，在此形成不了渦流，快速流向箱體內(nèi)，并使軸承迅速降溫。輸入軸和輸出軸，采用兩道密封措施，即機(jī)械迷宮密封和骨架油封密封。對于強(qiáng)制潤滑，采取這樣的設(shè)計(jì)，防漏效果非常好。

3.結(jié)論

卷取機(jī)立式硬齒面減速器，設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙，在傳動(dòng)方面，集合了雙速比與換擋機(jī)構(gòu)功能；在安裝方面，箱體特殊的結(jié)構(gòu)承擔(dān)了多種功能；潤滑與密封方面，采用了新結(jié)構(gòu)和新措施。該減速器的優(yōu)秀設(shè)計(jì)理念，對其它減速器的設(shè)計(jì)創(chuàng)新具有很高的借鑒價(jià)值。

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