精軋主傳動結(jié)構(gòu)特點分析

吳淑飛，劉新偉

軋機主傳動是軋鋼設(shè)備的重要組成部分，作為電動機與軋機的接口，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)從原動機到工作機的動力傳遞，滿足軋機生產(chǎn)工藝所需轉(zhuǎn)矩和速度的高精度、高動態(tài)性能要求，在很大程度上決定著軋鋼設(shè)備的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 軋機主傳動的形式

軋機主傳動的作用是將電動機的運動和力矩傳遞給軋輥。軋機主傳動一般由主傳動減速機、齒輪機座、聯(lián)軸器、接軸等組成。由于軋鋼機的形式和工作制度的不同，軋機主傳動也有不同的形式。

（1）由電機直接傳動工作輥的形式，主要用于可逆式粗軋機。

（2）電機經(jīng)減速機，齒輪機座傳動工作輥的形式。主要用于不可逆軋機和連軋機精軋機組的頭幾架。

（3）由電機通過齒輪機座傳動工作輥，主要應用于軋制速度較高的后幾架精軋機。

本文重點對熱連軋精軋主傳動進行分析說明。

在熱連軋機組中，精軋主傳動的主要作用有：

（1）改變轉(zhuǎn)速和力矩，以達到軋鋼設(shè)備的使用要求。

（2）分配傳動路線，改換空間動力傳遞的方向和位置。

（3） 盡可能減少原動機的種類。

（4）合理匹配減速機的傳動速比，使軋機設(shè)備運動部分慣性小，減少啟、制動的消耗力矩。

（5）合理地優(yōu)選電動機—傳動裝置—工作機構(gòu)系統(tǒng)，以降低制造成本和使用成本。

2 熱連軋精軋主傳動

現(xiàn)以某公司1450 mm熱連軋機組為例具體介紹精軋主傳動的組成及結(jié)構(gòu)特點。其精軋主傳動前4架即F1～F4由電機經(jīng)聯(lián)軸器連接主傳動減速機、主聯(lián)軸器、齒輪機座、鼓形齒接軸，最后驅(qū)動上、下工作輥；后3架即F5～F7軋制力矩比較小，但軋輥轉(zhuǎn)速較高，為盡量減少電機的規(guī)格，并沒有設(shè)置主傳動減速機，而由主電機經(jīng)聯(lián)軸器連接齒輪機座、鼓形齒接軸進而直接驅(qū)動上、下工作輥。

2.1 齒輪機座

齒輪機座的作用是將電動機或主傳動減速機的輸出力矩按相同的速度分配給軋機的上、下工作輥。它是熱連軋機精軋主傳動裝置的重要組成部份，由箱體、人字齒輪軸、偏心套、軸承等構(gòu)成。齒輪機座的主要特點是傳遞扭矩較大，但上、下齒輪中心距受工作輥直徑、接軸允許偏擺角度、軋鋼車間跨度等諸多因素的限制，無法做得太大，所以其負荷特別重，是精軋主傳動中的薄弱環(huán)節(jié)。齒輪機座有剖分式和整體式兩種結(jié)構(gòu)形式。該1450 mm熱連軋精軋主傳動中的齒輪機座均采用剖分式結(jié)構(gòu)（見圖1、表1）。

圖1 齒輪機座的剖分面結(jié)構(gòu)簡圖

表1 1450 mm熱連軋精軋主傳動齒輪機座技術(shù)參數(shù)

（1） 結(jié)構(gòu)特點

齒輪機座的箱體由上箱體、中箱體和下箱體三部分組成，為使箱體具有足夠的剛性，尤其是加強箱體軸承處的剛度和強度，箱體均采用矩形大斷面立柱的焊接結(jié)構(gòu)，用高強度螺柱將這三部分箱體把合在一起；為使箱體具有良好的密封條件，上、中、下箱體的結(jié)合面必須保證有較高的加工精度，為此需采用磨削加工方法，裝配時還需涂密封膠，以確保結(jié)合面不會發(fā)生滲油、漏油現(xiàn)象。另外，為便于安裝調(diào)整，整臺齒輪機座直接固定在基礎(chǔ)上。

（2）齒輪的結(jié)構(gòu)型式

由于齒輪機座傳遞扭矩較大，而傳動軸直徑又受到中心距的限制，所以將齒輪軸設(shè)計成漸開線齒形的人字齒，此外，將齒輪軸中的一根設(shè)計成一端固定，另一端軸向游動，而另一根齒輪軸兩端軸向游動的形式，在運轉(zhuǎn)過程中依靠人字齒的嚙合自動定位，以避免載荷在兩側(cè)斜齒上的不均勻分布，保證正常嚙合。人字齒輪軸的材料均采用17Cr2Ni2Mo，經(jīng)過滲碳、淬火、磨削加工，精度要求達到國家標準6級。滿足使用要求。

（3） 齒輪修形

齒輪修形可以增大齒輪的接觸率，提高齒面的承載能力，減小由齒輪加工誤差、受載變形所引起的沖擊振動而產(chǎn)生的噪音。齒輪修形包括齒端修形和齒形修形。在制造時，對齒輪機座中的一根齒輪軸進行齒端修形和齒形修形，另一根齒輪軸只進行齒形修形。

（4） 偏心套

為使齒輪的齒面接觸良好，并保證側(cè)隙均勻，在軸承與軸承座的安裝孔之間設(shè)有偏心套。偏心套材質(zhì)選用鑄鋼件 (ZG 270～500)，偏心套的偏心量為0．25 mm，調(diào)整精度高，穩(wěn)定性好，軸頭空間方位變化小。另外，偏心套還能使兩側(cè)齒面接觸形狀對稱分布，提高齒輪承載能力，保護軸承孔。

（5） 軸承的選擇

齒輪機座選用雙列球面滾子軸承。具體設(shè)計時應選擇較寬系列，以減少軸承與軸承孔的比壓。

（6） 潤滑與密封

對齒輪機座的齒輪嚙合點和軸承均采用稀油循環(huán)潤滑，潤滑油選用ISOVG460齒輪潤滑油，為方便觀察和控制供油量，在每臺齒輪機座的供油管路的入口處都設(shè)有流量開關(guān)和壓力表、壓力開關(guān)、蝶閥，而且在每個潤滑支路設(shè)有截流閥和油流指示器等潤滑元件，保證各潤滑點的油量供給。潤滑油通過潤滑管路經(jīng)噴嘴潤滑冷卻齒輪嚙合點，并在嚙合齒面上形成油膜，以提高齒輪的承載能力；潤滑油通過潤滑油路流經(jīng)軸承的滾動體潤滑滾動軸承，最后流回箱體，帶走因摩擦產(chǎn)生的熱量，做到潤滑冷卻一步完成。齒輪機座的軸端均采用無接觸迷宮式密封，其特點是工作可靠，壽命長，維修方便，不需要更換密封件。

2.2 主傳動減速機

精軋主傳動減速機的作用是將電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成軋制速度。它是精軋主傳動的重要組成部分，由箱體、齒輪軸、焊接大齒輪、軸承、偏心套等構(gòu)成。主傳動減速機的軸線平行布置，采用對軸向誤差不敏感，適合長期連續(xù)傳動的單級圓柱斜齒輪傳動。在該1450 mm熱連軋精軋主傳動中的F1～F4上設(shè)有主傳動減速機（見表2）。

（1） 箱體

主傳動減速機箱體全部采用焊接結(jié)構(gòu)。該箱體剖分面只有一個，整個箱體分三層。主要受力部位在下箱體和中箱體，用大斷面矩形梁和厚鋼板焊接而成，焊接結(jié)構(gòu)件的斷面尺寸主要取決于主傳動減速機的承載能力。機蓋不承受工作載荷，布置在中機體上，用薄鋼板焊接而成。和齒輪機座一樣，為便于安裝調(diào)整，整臺主傳動減速機直接固定在基礎(chǔ)上。

表2 F1～F4主傳動減速機

（2）齒輪的結(jié)構(gòu)特點

主傳動減速機的齒形采用漸開線斜齒圓柱齒輪，齒輪軸及大齒輪的輪緣均采用17Cr2Ni2Mo鋼，經(jīng)過滲碳、淬火、磨削，其加工精度達到國家標準6級。大齒輪為焊接齒輪，具有質(zhì)量好，重量輕，平衡好，成本低等優(yōu)點；齒輪的接觸率要求沿齒高方向不低于60%，沿齒寬方向不低于80%，可以最大限度地發(fā)揮其承載能力。

（3） 齒輪的修形

與齒輪修形一樣，對齒輪軸進行齒端修形和齒形修形，而對大齒輪只進行齒形修形。

（4） 偏心套

功能與齒輪機座相同。

（5） 軸承的選擇

該1450 mm熱連軋精軋主傳動減速機全部選用滾動軸承。

（6） 潤滑密封

主傳動減速機工作性質(zhì)為長時間，所以其潤滑與密封與齒輪機座完全一致。

2.3 聯(lián)軸器

主電機與主傳動減速機及齒輪機座彼此之間均采用聯(lián)軸器連接。該1450 mm熱連軋精軋主傳動系統(tǒng)中所有聯(lián)軸器均采用鼓形齒聯(lián)軸器。原因在于鼓形齒聯(lián)軸器有以下優(yōu)點：

（1） 由于外齒軸套齒側(cè)面沿寬度方向弧形化，可防止因齒端部載荷過大而引起的損壞。

（2）結(jié)構(gòu)緊湊，磨損損失小，有一定的彈性和補償性，承載能力大。

（3）由于外齒齒寬方向呈弧形，聯(lián)軸器軸線允許有較大的偏角和位移。

2.4 接軸的結(jié)構(gòu)特點

該1450 mm精軋主傳動的齒輪機座與工作輥通過接軸相連接。接軸均采用鼓形齒接軸，工作時其允許傾角為 1°30′～2°30′，而非工作時傾角可達到 6°（見圖 2）。

圖2 鼓形齒接軸結(jié)構(gòu)簡圖

該鼓形齒接軸主要由外齒軸套、內(nèi)齒圈、密封裝置、帶彈簧的球頂、接軸本體、彈簧等零部件構(gòu)成。

為便于更換鼓形齒接軸的外齒軸套，外齒軸套與接軸本體均采用花鍵連接，通過壓板和螺栓將其固定在接軸本體上。為適應軋制過程中開口度的變化，接軸的外齒軸套在內(nèi)齒圈中可滑動伸縮，接軸本體的軸向定位靠其心部帶彈簧的球頂實現(xiàn)。

此外，該1450 mm熱連軋精軋主傳動中的鼓形齒接軸還有以下特點：

（1）該鼓形齒接軸的外齒軸套和內(nèi)齒圈均采用硬齒面磨齒技術(shù)，提高了鼓形齒的耐磨性能及鼓形齒接軸的承載能力。

（2）采用軸向竄動機構(gòu)，使工作輥能夠進行軸向移動，保證了軋材的成品質(zhì)量。

（3） 采用稀油循環(huán)潤滑,有效改善鼓形齒接軸的潤滑條件。

3 結(jié)語

上述熱連軋精軋主傳動系統(tǒng)經(jīng)過多年的實踐和改進，已經(jīng)被鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)普遍接受，并且得到廣泛應用，相關(guān)設(shè)備已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，經(jīng)現(xiàn)場使用效果良好，不僅提升了軋機整體性能，還提高了軋鋼設(shè)備的使用壽命及軋制產(chǎn)品的質(zhì)量，得到了用戶的認可。