冶金機械齒輪傳動裝置的制造技術(shù)與發(fā)展趨勢

楊寧

摘 要：通常我們說的“齒輪傳動裝置”指的是將漸開線齒輪作為傳動副齒輪運轉(zhuǎn)的傳動裝置，屬于機械傳動比較主要的形式，該裝置的設(shè)計制造質(zhì)量是否合格將會對其運轉(zhuǎn)水平產(chǎn)生很大的影響，而且還會直接決定其使用壽命以及工作性能。本文將就此展開探究分析，并分析該裝置在冶金行業(yè)當中的應用，以及前景發(fā)展，為日后冶金工業(yè)的發(fā)展提供理論參考。

關(guān)鍵詞：冶金機械；齒輪傳動裝置；制造技術(shù)；發(fā)展趨勢

自上世紀70年代起，我國就已經(jīng)建設(shè)了包括寶鋼以及武鋼在內(nèi)的多個不同的現(xiàn)代化冶金企業(yè)，令我國冶金設(shè)備的整體水平提升到了一個比較先進的高度上，齒輪傳動裝置更是精品層出，例如：寶鋼一期到三期所用到的各種齒輪傳動裝置當中就包括德國產(chǎn)FLAND以及比利時HANSEN、日本產(chǎn)三井三池等比較知名的品牌減速器，同時還有包括德國產(chǎn)德馬克、日本產(chǎn)三菱等大型傳動裝置，它們對我國的齒輪裝備水平形成了積極的影響。

1 在冶金設(shè)備中運用機械齒輪傳動設(shè)備的技術(shù)

1.1 常用場合

首先，需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及力矩，以期能夠滿足設(shè)備使用上的需求；其次，需要對傳動路線進行分配，并且調(diào)節(jié)空間動力傳遞具體方向以及實際位置；第三，將動力進行合成或者是分流處理，也就是可以憑借一個單獨的動力源，將動力分配到幾個需要使用動力的動力源當中，并合成，整體供給工作機構(gòu)。

1.2 現(xiàn)狀

就當前來說，冶金設(shè)備當中利用的機械齒輪轉(zhuǎn)動裝置當中的齒輪，大多使用滲碳、磨削以及淬火的硬齒面的齒輪，通常在軋鋼齒輪的傳動裝置當中很少會使用HB300之下的齒輪。

制造齒輪通常需要使用的是噴砂處理手段、齒根處理手段、壓力淬火以及無損探傷四種，對大齒輪結(jié)構(gòu)進行設(shè)計通常使用的是焊接齒輪。因為齒輪的制造進度以及承載能力在最近這些年以來有明顯的提升，并且大面積地利用硬齒面齒輪，因此在進行齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程當中會常用單斜齒，例如寶鋼冷軋機主傳動的雙齒輪座即該結(jié)構(gòu)齒輪，并不會安裝人字齒輪。假如受到結(jié)構(gòu)或者尺寸上的限制的時候，還可以借助兩個單向斜齒輪進行組合拼裝成人字齒輪。盡可能使用多流式傳動裝置，能夠在較小的環(huán)境體積當中傳送較大的力矩。在實際生產(chǎn)過程當中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)最大化的齒輪承載力，采用的大多都是變?yōu)辇X輪以及延齒端修整等手段，通常軋機的傳動裝置齒輪副進行制造的過程當中，行業(yè)內(nèi)對其的要求也相對較高，齒輪的接觸精度需要實現(xiàn)80%甚至更高。

1.3 性能參數(shù)的選擇

整體上來說，為了能夠確保齒輪的傳動能夠擁有充足的承載力以及設(shè)想的使用壽命、比較理想的經(jīng)濟效益以及技術(shù)特征，需要選擇正確且合理的齒輪嚙合參數(shù)，不過齒輪副參數(shù)之間相互聯(lián)系，并相互影響，需要進行全面且綜合的考慮。

對一些大型的冶金設(shè)備當中的齒輪傳送裝置進行參數(shù)選擇的時候需要考慮如下幾點：不同等級的傳動齒輪承載的均衡性，也就是等強度條件；機械當中配對齒輪當中大型、小型齒輪承載是否均勻；同樣的齒輪齒面的荷載力（即接觸的強度）、齒根荷載（即彎曲的強度）均衡性。只要保證這三個方面，在單位重量上，承載力就可以實現(xiàn)比較理想的指標。

對于齒輪參數(shù)，主要的選擇原則基本如下：

首先，中心距，通常大型的主減速機中心距要結(jié)合強度進行計算，并沒有標準可以遵循，大型件的中心距通常需要使用單件來進行加工，沒有互換，沒有批量，需要將降低成本作為主要目的，滿足使用需求基礎(chǔ)之上選擇最小的成本消耗。

其次，齒數(shù)比，通常軋機齒輪減速機的單機傳動齒數(shù)比要在5～6，其速比超過6的時候依然使用以及傳動可能會導致減速機體積以及重量上的明顯提升。

第三，齒寬系數(shù)，通常選用ψd=bd1，在該公式當中，b是有效的齒寬值，d1是小齒輪分度圓的直徑值。在寶鋼2030冷軋機主傳動的雙齒輪座當中，ψd值等于bd1，為0.82到0.44。在德國SMS的標準下，需要ψd≤1，6～2，假如軸→齒輪→機體的剛性都比較好，且制造精準度比較高，齒輪相對于軸承也呈現(xiàn)出對稱布置，那么可以選擇比較大的數(shù)值，否則就取較小的數(shù)值。

第四，模數(shù)m以及齒數(shù)z，在減速機的中心距明確之后，保證齒數(shù)和模數(shù)之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系，此時選擇較小的齒數(shù)和較大的模數(shù)會有利于彎曲的強度。

1.4 主要零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計情況

當前，大型的冶金設(shè)備當中，對于齒輪傳動裝置機體本身，通常選擇焊接結(jié)構(gòu)，其齒輪副結(jié)構(gòu)形式也有很多不同的選擇，例如軸齒輪、鑄造齒輪以及鍛造帶孔齒輪、鑲?cè)X輪、焊接齒輪等，就當前情況來說，合金鋼鍛造齒輪以及焊接齒輪是比較常用的，而這也是伴隨著機械工業(yè)的技術(shù)水平發(fā)展，而提升齒輪承載力必要的措施手段之一。

1.5 齒輪材料以及熱處理技術(shù)

在現(xiàn)代化的大型冶金設(shè)備當中，齒輪傳動裝置當中最為重要的齒輪軸、焊接齒輪齒圈以及齒輪結(jié)構(gòu)均選擇最優(yōu)質(zhì)的合金鋼材料，在這之中，調(diào)質(zhì)齒輪選擇的材料是38SiMnMo、42CrMo4以及35CrMo等，常規(guī)硬度是HB280～360。另外，滲碳淬火齒輪主要材料是20CrMnMo、20CrNi4、20CrNiMo、25Cr2Mov等，經(jīng)過磨削之后，齒面硬度是HRC58～62，通常負載下，滲碳層的深度與有效的硬化層深度均有一定的要求。

另外，對于重承載齒輪來說，也需要對齒面應力分布進行計算，特別是在最大的剪應力上的深度值，之后將它作為有效的硬化層具體深度要求值可靠的依據(jù)。

1.6 漸開線齒輪的修整技術(shù)

當前，在現(xiàn)代化的大型冶金設(shè)備當中，有一些關(guān)鍵性的設(shè)備，例如轉(zhuǎn)爐傾動設(shè)備以及軋機的主減速機當中的齒輪都經(jīng)過修整，主要有齒向修型以及沿齒高修型兩種。

齒向修型的長度L為0.1cosβ，修行量△為0.10～0.15，或者是4Fβ，在這一過程當中，β為齒輪螺旋角度值，F(xiàn)β為齒形誤差數(shù)值。

沿齒高修型通常使用大齒輪以及小齒輪均修整齒頂?shù)姆绞?，修整的起點要稍微低于單齒以及雙齒之間嚙合分界點，同時，齒形修行量通常選擇齒形角度誤差兩倍數(shù)值。

這兩種修整方法都在對齒面進行磨削的過程當中借助砂輪修整以及專門的修整機構(gòu)進行一次磨削形成。例如，寶鋼2050熱軋機當中的驅(qū)動裝置齒輪副當中，不管滲碳淬火還是調(diào)質(zhì)齒輪，其最終加工都是磨齒處理。它作為對齒輪輪齒進行粗加工的步驟，其基本要求是齒根在磨削之后實現(xiàn)和齒根曲線相切的關(guān)系，保證齒根的過渡為圓角，且光滑，消除應力集中作用。

1.7 選擇軸承

通常減速機需要選擇滾動軸承，齒輪→軸系比較長的時候，使用雙列、球面的滾子軸承，在齒輪→軸系比較短且粗的時候，選擇圓錐形的滾子軸承或者是徑向的滾子軸承聯(lián)合雙列、圓錐形的滾子軸承。

針對人字齒輪的機座，通常采用的是雙列、球面的滾子軸承。并且保證軸承的外圈和鏜孔能夠松動地配合，適應齒輪軸游動。

1.8 設(shè)計偏心套

為了能讓齒輪齒面的接觸效果比較好，同時保證側(cè)隙，軸承以及鏜孔之間通常會設(shè)置偏心套，其偏心距基本上是0.25毫米，可以很好地實現(xiàn)兩側(cè)齒面的接觸形狀對稱，提升整個齒輪的承載力。

2 該技術(shù)未來發(fā)展

2.1 更高的強度

當前大型的冶金設(shè)備當中齒輪傳動裝置所使用的齒輪大多都是硬齒面技術(shù)，能夠達到95%以上，在未來發(fā)展的過程當中，會進一步提升材料質(zhì)量以及技術(shù)水平，實現(xiàn)更高的承載能力。

2.2 更高的精準

當代大型設(shè)備當中，大多使用磨齒以及硬刮削等精準加工的技巧，普遍能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪精準度ISO6級甚至更高，齒輪的粗糙度大多是Ra0.8～1.6左右，令齒輪實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動以及較低的噪音等。

2.3 更完善的性能

齒輪在不斷的發(fā)展和完善當中將會向著更大的模數(shù)以及更少的齒數(shù)發(fā)展，另外，在傳動過程當中也會開始普及柔性均載機構(gòu)，以實現(xiàn)更高的承載力；在原動機種類上將會不斷地降低，能夠很好地控制機構(gòu)快速性以及準確性；在成本消耗上，將會實現(xiàn)更低的成本消耗，降低能源浪費。

2.4 更加復雜的系統(tǒng)

齒輪機械的自主性和帶動性是其他部件所不具備的，也造就了齒輪機械的運用的廣泛性。冶金機械齒輪傳動裝置作為一項大型設(shè)備工程，不僅僅地位非常重要，而且有很大的發(fā)展空間，未來的系統(tǒng)將會出現(xiàn)精密復雜的局面。協(xié)作更加和諧，系統(tǒng)也更加復雜。不論是從制造機床還是打磨技術(shù)，對齒輪的要求都非常的高，整個傳動裝置力學更加復雜，從而會使功效更加的完善，運用也會進一步增強。

3 結(jié)語

本文首先對齒輪傳動裝置技術(shù)的運用和現(xiàn)狀進行了分析，然后從性能技術(shù)、主要參數(shù)、零部件配制、修整技術(shù)幾個關(guān)鍵技術(shù)指標進行了分析，最后對齒輪裝置的未來發(fā)展進行了展望，對未來齒輪傳動裝置的發(fā)展方向做了預期。在總的來看，冶金設(shè)備當中的齒輪傳動裝置已經(jīng)有了比較好的發(fā)展現(xiàn)狀，不過在未來的發(fā)展進程當中還會有更高度的提升和完善，給我國的冶金行業(yè)帶來更良性的發(fā)展。

參考文獻：

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