軋機減速機低速軸花鍵齒磨損分析及維護

侯鐵軍，張洪亮

（承德建龍特殊鋼有限公司河北省鍛造用鋼工程技術研究中心，河北 承德 067201）

軋機減速機低速軸花鍵齒磨損分析及維護

侯鐵軍，張洪亮

（承德建龍特殊鋼有限公司河北省鍛造用鋼工程技術研究中心，河北 承德 067201）

軋機減速機是軋線機列的關鍵設備，作為傳動聯接的花鍵齒是日常點檢、維護的重點，傳動聯接的穩定運行是機列無故障、產線生產正常的重要保障。本文介紹了軋線機列的簡要構成及軋機減速機低速軸花鍵齒的磨損案例，對花鍵齒磨損進行機理分析，并介紹了維護思路。

軋機減速機；花鍵齒磨損；維護

某鋼廠棒材軋線配置高剛度短應力線軋機共20架，分粗軋、中軋及精軋三組布置，其中粗、中軋機組各8架，精軋機組4架，平立交替布置。其中，3 H軋機為φ610軋機，輥徑范圍φ520～φ610 mm，減速箱輸出軸的中心距為670 mm，傳動結構如圖1所示。

圖13 H軋機傳動結構示意圖

1.電機 2.聯軸器 3.聯合減速箱 4.鼓形齒聯軸器5.上工作輥 6.下工作輥

3 H軋機列由一臺直流電機單獨傳動，主傳動設置安裝在平臺上，通過聯軸器聯接聯合齒輪箱，依次為鼓形齒聯軸器和軋機，其中鼓形齒聯軸器托架及軋機機架底座安裝在滑軌上，由液壓缸推動進行更換軋機，機架采用液壓松開、液壓橫移、彈簧鎖緊，可整機架快速更換，軋機作業率高，操作和維護方便。鼓形齒聯軸器與軋機側通過軋輥扁頭聯接。與聯合齒輪箱側通過花鍵齒配合聯接，采用的是漸開線花鍵形式，這種形式傳動聯接花鍵齒根厚，承載能力高。另外，由于齒廓為漸開線，受載時齒上有徑向力，具有自動定心的作用，各齒受力均勻的特點?；ㄦI齒嚴格按D I N5 4 80標準制造，保證與齒輪箱精密嚙合，鼓形齒式聯軸的花鍵部分安裝有防塵罩及齒式磁性密封。

1 軋機減速機低速軸花鍵齒磨損案例

2009年3 月份，車間安排對3 H減速機周期性檢查、維護，對磨損嚴重的原件進行更換。后續生產過程中，對花鍵齒進行周期性檢查，未發現輸出軸花鍵齒磨損情況。在2014年5月年修期間，檢查齒套發現下齒套磨損嚴重，因現場無備件，安排將下側齒套與上側對調，在檢查更換過程中，發現輸出軸花鍵齒有輕微磨損情況，如圖2所示。

圖23 H軋機減速機低速軸（下側）

2014年9 月份，在對3 H軋機減速機輸出軸齒套檢查過程中，發現下輸出軸花鍵齒已嚴重磨損（材質20 C r Mn Mo A），其花鍵單側齒磨損約2 mm，磨損情況如圖3所示。鑒于3 H軋機減速機下輸出軸花鍵齒磨損情況，對其進行更換，以消除重大的設備隱患，避免可能帶來更大的停機損失。

圖33 H軋機減速機低速軸（下側）花鍵齒嚴重磨損

2 花鍵齒單側齒磨損機理

花鍵齒磨損疲勞曲線如圖4所示。跑合階段磨損區域Ⅰ和穩定磨損區域Ⅱ中，花鍵齒面磨損主要是摩擦磨損，由于節圓誤差實時發生變化，直到最終達到一個理想的嚙合狀態。而疲勞磨損區域Ⅲ，載荷循環造成花鍵磨損，花鍵會在很短時間內失去承載能力并失效。

圖4 磨損疲勞曲線

花鍵齒單側磨損原理分析示意圖如圖5所示?；ㄦI齒單側磨損初期，可簡化為側面間隙，由于側面間隙的存在，花鍵軸齒和內套齒在傳動開始階段，是在側面很小的面積上接觸，應力激增。而在花鍵齒側面進入正常嚙合后，可簡要分析如下。

圖5 花鍵齒單側磨損原理分析示意圖

其中，r為花鍵內齒套內圓直徑；R為花鍵軸外圓直徑。

即花鍵傳動進入正常工作時要求花鍵側面完全接觸，因此實際的磨損量為： dececd?=。

由于R與r非常接近，因此初期花鍵齒單側磨損量是微小的。

3 結語

（1）由于更換的3 H軋機減速機下輸出軸為2009年替換下的備件，花鍵齒已有磨損，單邊磨損約2 mm。依據磨損疲勞機理，花鍵齒已處于疲勞磨損階段，但在原有工況條件不變的情況下（轉矩T以及徑向載荷Q），這個階段磨損主要取決于徑向載荷造成的花鍵齒及內齒套的相對運動，即更為嚴重的摩擦磨損。因此這一階段，花鍵齒的單側磨損速率將成倍增加，需調整檢查周期，在檢查齒套時重點關注花鍵齒磨損情況。

（2）當花鍵齒從輕微磨損到超過半個齒厚的磨損量后，由于花鍵傳動聯接存在著間隙，且在軋鋼過程中產生的振動和脈沖載荷綜合作用下，花鍵齒與內齒套之間發生相對徑向運動，加劇磨損。當磨損增大到一定量時，間隙會隨之增大，導致沖擊加劇，而花鍵齒將進一步被削弱，其最薄弱的部分會相繼出現局部斷裂，進而加速花鍵傳動聯接的破壞并致使最終傳動聯接失效。

（3）鑒于3 H軋機減速機下輸出軸花鍵齒現有磨損情況，無需進行花鍵聯接的齒面壓應力及齒根強度校核，而需后續重點關注花鍵齒面磨損并跟蹤，現正常使用。

[1]謝家鳳. 減小花鍵滾刀齒形角提高花鍵齒加工精度[J]. 機械制造，1996（6）：22-23.

[2]趙艷萍等編. 設備管理與維修[M]. 化學工業出版社，2004.

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：1671-0711（2017）12（下）-0034-02