淺談出坯輥道減速機國產化技術改造中的設計和制造技術

摘要：出坯輥道減速機FZAD148B是國內某鋼廠進口德國FLENDER公司的設備。為保障設備及生產線的可靠運行，近幾年鄭州機械研究所同國內有關廠家一起對出坯輥道減速機進行了國產化技術改造。通過對進口減速機技術分析，找出其原始設計缺陷，重新進行技術設計并優化齒輪參數，國產化技術改造后的減速機現場運行狀況良好。

關鍵詞：出坯輥道減速機；國產化；技術改造；FZAD148B減速機；出坯輥道系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG333 文章編號：1009-2374（2015）11-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.019

1 FZAD148B減速機的使用場合及國產化意義

FZAD148B減速機是某鋼廠四煉鋼板坯連鑄機出坯輥道系統的重要設備，對它的使用要求是可靠連續運轉至少一年方可進入一個維修更換周期。FZAD148B減速機國產化技術改造對于打破國外的技術封鎖和壟斷，減少對國外產品的依賴性，極大地降低生產成本費用，保障生產線可靠運行，提供質量可靠的備品備件以及及時到位的技術服務都有著重要意義。

2 減速機結構及運轉基本狀況

FZAD148B減速機，配套M132M4F-L150/60N電機，輸入功率7.5kW，輸入轉速1450r/min，減速比為53.53，輸出轉速27.1r/min。該減速機采用兩級傳動。投產3年來實際使用過程中共損壞106臺，主要損壞形式是減速機齒輪嚴重磨損和斷齒。由于出坯輥道減速機損壞情況嚴重，影響送坯效果，經常利用磁盤或夾鉗將鑄坯吊入另一輥道，

嚴重影響正常生產，并大大增加了備件修復費用。

3 進口減速機技術分析

3.1 設計缺陷

齒輪強度計算表明FZAD148B減速機齒輪接觸強度和彎曲強度嚴重不足。表1是原設計參數的計算結果：

表1 原設計參數的計算結果（使用系數2.5）

齒輪 第一級

齒輪副 第二級

齒輪副

模數（mm） 1.5 4

中心距a（mm） 153 210

齒寬b（mm） 30 68

齒寬系數b/a 0.19 0.32

速比 8.42 6.36

接觸強度最小允許安全系數 1.3 1.3

接觸強度計算安全系數 1.06 0.85

彎曲強度最小允許安全系數 1.6 1.6

彎曲強度計算安全系數 1.19 1.4

計算結果表明該減速機的第一級齒輪副和第二級齒輪副的接觸強度和彎曲強度嚴重不足，安全系數都達不到要求的最小允許安全系數。由齒輪設計理論知道，如果齒面接觸強度不足將導致齒面點蝕、片蝕和剝落等現象發生；如果齒根彎曲強度不足將導致斷齒現象發生。

圖1 FLENDER公司的FZAD148B

3.2 設計缺陷原因和對策

表2 技術改造后的強度校核計算結果（使用系數2.5）

齒輪 第一級

齒輪副 第二級

齒輪副 第三級

齒輪副

模數（mm） 2 3 5

中心距a（mm） 100 140 200

齒寬b（mm） 40 50 70

齒寬系數b/a 0.4 0.36 0.35

速比 4.05 3.74 3.53

接觸強度最小允許安全系數 1.3 1.3 1.3

接觸強度計算安全系數 1.4 1.4 1.4

彎曲強度最小允許安全系數 1.6 1.6 1.6

彎曲強度計算安全系數 2.4 2.0 2.1

進口減速機接觸強度和彎曲強度嚴重不足的主要原因是：中心距較小；齒寬系數b/a較小；速比分配不合理等。提高齒面接觸強度和齒根彎曲強度的最有力措施是增大中心距。進口減速機是二級傳動，我們在不改變現場安裝條件下改為三級傳動，這樣中心距由原設計363mm增大到440mm。齒寬系數b/a一般取值0.4～0.5，進口減速機的齒寬系數僅有0.19，這是非常不合理的設計，國產化技術改造中取齒寬系數大于0.35，確定傳動比時原則上使各級傳動的承載能力大致相等。表2是技術改造后的計算結果。

計算結果表明國產化技術改造后的減速機的每一級齒輪副的接觸強度和彎曲強度安全系數都達到并超過了要求的最小值。

圖2 國產化技術改造的FZAD148B

4 提高FZAD148B減速機工作壽命的措施

4.1 優化設計齒輪參數

在傳動齒輪的齒數、模數、螺旋角一定的情況下，通過選擇變位系數得到有利的漸開線區段，使齒輪副的最大滑差率近似相等，進而使齒輪傳動性能得到改善。應用有效變位齒輪可以避免根切，提高齒面接觸強度和齒根彎曲強度，提高齒面的抗膠合能力和耐磨損性能。

4.2 選擇性能優異的齒輪材料

材料是齒輪承載能力的基礎。因為齒輪形狀及受力都比較復雜，所以鋼材選用十分講究。FZAD148B減速機中傳動齒輪不僅需要強度高、韌性好、耐磨性佳，同時還要求能保證在截面上獲得必要的淬透深度，以便在較厚的受力面內保持較均勻的綜合力學性能。因此，選擇優質滲碳淬火鋼17CrNiMo6作為齒輪副的材料。

4.3 執行正確的工藝路線

執行正確的工藝路線是獲得可靠質量的前提。齒輪加工主要工藝路線：鍛造→退火→粗加工→超聲波探

傷→調質→半精加工→滾齒→滲碳淬火→精加工→磨齒。特別重視了如下三道工序：

4.3.1 滾齒時采用磨前滾刀。使用磨前滾刀不僅降低了齒根處表面粗糙度，而且避免了磨齒時磨去齒根處的碳化淬硬層，從而提高了輪齒抗彎曲疲勞強度和抗沖擊動載荷的能力。

4.3.2 嚴格執行熱處理工藝。對熱處理工藝的正確選擇及對其質量的嚴格控制，意義在于改良和提升齒輪材料的內在品質，同時彌補了國內合金鋼材料性能的不足，從而保證齒輪的使用性能和壽命。FZAD148B減速機中的齒輪滲碳淬火環節中需要重點把控的是高速級齒輪副的有效滲碳層深，齒輪的滲碳層深度可以根據模數按表3所推薦的數值選用：高速級齒輪副的模數為2，由表中得出滲碳層深為0.4～0.7mm，結合幾何計算得出齒輪的分度圓齒厚約為3.14mm，這就要求該級齒輪副的滲碳過程要做到準確無誤。如果滲碳層深過深，齒厚容易淬透，齒輪脆性增加，削弱其彎曲強度；而如果滲碳層深過淺，則在磨齒過后不易保證其硬化層深，從而削弱其接觸強度。因此這個環節的質量直接關系到齒輪副的實際強度。

表3

模數/mm 深度范圍/mm 模數/mm 深度范圍/mm 模數/mm 深度范圍/mm

>1～1.5 0.2～0.5 >2.75～4 0.8～1.2 >9～12 1.3～2.0

>1.5～2 0.4～0.7 >4～6 1.0～1.4

>2～2.75 0.6～1.0 >6～9 1.2～1.7

4.3.3 提高磨齒精度。磨齒工序是齒輪加工極其重要的一道工序，應在高精度成型磨齒機上進行。成形磨齒自動完成齒形和齒向的修形和齒頂倒楞，不會產生與齒輪精度有關的振動和噪聲。

4.4 完成齒輪箱的良好裝配和試運轉

4.4.1 齒輪箱裝配中應注意檢查齒輪箱各軸系中心線的平行度、各軸承座孔的實際尺寸，確認符合設計要求。箱體應在裝配平臺上找平，結合面水平度誤差小于0.10/1000mm，這樣齒輪副齒面接觸痕跡才反映真實情況。

4.4.2 根據軸承型號及內徑尺寸確定各軸系軸向間隙值，通過調整零件軸向尺寸獲得合適的軸向間隙值。

4.4.3 良好的齒面接觸區是齒輪平穩嚙合、正常運轉的前提。涂抹紅丹粉，檢驗齒輪副齒面接觸區。正反轉盤動齒輪，觀察齒面接觸情況。只有接觸斑點按長度大于70%、按高度大于50%后才符合要求。

4.4.4 減速箱試運轉時聲音應均勻，不得有尖叫聲和撞擊聲，減速箱各接合面、軸孔及油路不得漏油。

齒輪傳動的令人滿意的總質量是如下各環節的集合，優秀的齒輪設計、優等的齒輪部件（材料、熱處理、工藝、精度等）、優等的裝配調整（軸承、動平衡、軸向間隙、側隙等）、與原動機/負載機器的正確連接（找正、對中等）、正確的運行使用和維護（潤滑、冷卻等）。

5 結語

2011年3月國產化技術改造的FZAD148B共計7臺上線，使用至今無質量問題。減速機工作壽命提高取得了明顯的效果，有力保障了武鋼四煉鋼板坯連鑄機出坯輥道生產線可靠運行，為該鋼廠節省了大量的外匯費用。FZAD148B減速機的成功改造，為同類設備國產化工作積累了有益的經驗。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1993.

[2] 朱孝錄.齒輪傳動設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2005.

[3] 齒輪手冊編委會.齒輪手冊（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2001.

作者簡介：張達（1983-），男，山西武鄉人，鄭州機械研究所工程師，研究方向：齒輪傳動。

（責任編輯：秦遜玉）