摘要：出坯輥道減速機(jī)FZAD148B是國內(nèi)某鋼廠進(jìn)口德國FLENDER公司的設(shè)備。為保障設(shè)備及生產(chǎn)線的可靠運(yùn)行，近幾年鄭州機(jī)械研究所同國內(nèi)有關(guān)廠家一起對出坯輥道減速機(jī)進(jìn)行了國產(chǎn)化技術(shù)改造。通過對進(jìn)口減速機(jī)技術(shù)分析，找出其原始設(shè)計(jì)缺陷，重新進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)并優(yōu)化齒輪參數(shù)，國產(chǎn)化技術(shù)改造后的減速機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行狀況良好。

關(guān)鍵詞：出坯輥道減速機(jī)；國產(chǎn)化；技術(shù)改造；FZAD148B減速機(jī)；出坯輥道系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)的使用場合及國產(chǎn)化意義

FZAD148B減速機(jī)是某鋼廠四煉鋼板坯連鑄機(jī)出坯輥道系統(tǒng)的重要設(shè)備，對它的使用要求是可靠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至少一年方可進(jìn)入一個維修更換周期。FZAD148B減速機(jī)國產(chǎn)化技術(shù)改造對于打破國外的技術(shù)封鎖和壟斷，減少對國外產(chǎn)品的依賴性，極大地降低生產(chǎn)成本費(fèi)用，保障生產(chǎn)線可靠運(yùn)行，提供質(zhì)量可靠的備品備件以及及時到位的技術(shù)服務(wù)都有著重要意義。

2 減速機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)轉(zhuǎn)基本狀況

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

嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，并大大增加了備件修復(fù)費(fèi)用。

3 進(jìn)口減速機(jī)技術(shù)分析

3.1 設(shè)計(jì)缺陷

齒輪強(qiáng)度計(jì)算表明FZAD148B減速機(jī)齒輪接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度嚴(yán)重不足。表1是原設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果：

表1 原設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果（使用系數(shù)2.5）

齒輪 第一級

齒輪副 第二級

齒輪副

模數(shù)（mm） 1.5 4

中心距a（mm） 153 210

齒寬b（mm） 30 68

齒寬系數(shù)b/a 0.19 0.32

速比 8.42 6.36

接觸強(qiáng)度最小允許安全系數(shù) 1.3 1.3

接觸強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 1.06 0.85

彎曲強(qiáng)度最小允許安全系數(shù) 1.6 1.6

彎曲強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 1.19 1.4

計(jì)算結(jié)果表明該減速機(jī)的第一級齒輪副和第二級齒輪副的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度嚴(yán)重不足，安全系數(shù)都達(dá)不到要求的最小允許安全系數(shù)。由齒輪設(shè)計(jì)理論知道，如果齒面接觸強(qiáng)度不足將導(dǎo)致齒面點(diǎn)蝕、片蝕和剝落等現(xiàn)象發(fā)生；如果齒根彎曲強(qiáng)度不足將導(dǎo)致斷齒現(xiàn)象發(fā)生。

圖1 FLENDER公司的FZAD148B

3.2 設(shè)計(jì)缺陷原因和對策

表2 技術(shù)改造后的強(qiáng)度校核計(jì)算結(jié)果（使用系數(shù)2.5）

齒輪 第一級

齒輪副 第二級

齒輪副 第三級

齒輪副

模數(shù)（mm） 2 3 5

中心距a（mm） 100 140 200

齒寬b（mm） 40 50 70

齒寬系數(shù)b/a 0.4 0.36 0.35

速比 4.05 3.74 3.53

接觸強(qiáng)度最小允許安全系數(shù) 1.3 1.3 1.3

接觸強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 1.4 1.4 1.4

彎曲強(qiáng)度最小允許安全系數(shù) 1.6 1.6 1.6

彎曲強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 2.4 2.0 2.1

進(jìn)口減速機(jī)接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度嚴(yán)重不足的主要原因是：中心距較??；齒寬系數(shù)b/a較小；速比分配不合理等。提高齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度的最有力措施是增大中心距。進(jìn)口減速機(jī)是二級傳動，我們在不改變現(xiàn)場安裝條件下改為三級傳動，這樣中心距由原設(shè)計(jì)363mm增大到440mm。齒寬系數(shù)b/a一般取值0.4～0.5，進(jìn)口減速機(jī)的齒寬系數(shù)僅有0.19，這是非常不合理的設(shè)計(jì)，國產(chǎn)化技術(shù)改造中取齒寬系數(shù)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(shù)改造后的計(jì)算結(jié)果。

計(jì)算結(jié)果表明國產(chǎn)化技術(shù)改造后的減速機(jī)的每一級齒輪副的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)都達(dá)到并超過了要求的最小值。

圖2 國產(chǎn)化技術(shù)改造的FZAD148B

4 提高FZAD148B減速機(jī)工作壽命的措施

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)

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

4.2 選擇性能優(yōu)異的齒輪材料

材料是齒輪承載能力的基礎(chǔ)。因?yàn)辇X輪形狀及受力都比較復(fù)雜，所以鋼材選用十分講究。FZAD148B減速機(jī)中傳動齒輪不僅需要強(qiáng)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(nèi)保持較均勻的綜合力學(xué)性能。因此，選擇優(yōu)質(zhì)滲碳淬火鋼17CrNiMo6作為齒輪副的材料。

4.3 執(zhí)行正確的工藝路線

執(zhí)行正確的工藝路線是獲得可靠質(zhì)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(diào)質(zhì)→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(qiáng)度和抗沖擊動載荷的能力。

4.3.2 嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝。對熱處理工藝的正確選擇及對其質(zhì)量的嚴(yán)格控制，意義在于改良和提升齒輪材料的內(nèi)在品質(zhì)，同時彌補(bǔ)了國內(nèi)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(jī)中的齒輪滲碳淬火環(huán)節(jié)中需要重點(diǎn)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(jù)模數(shù)按表3所推薦的數(shù)值選用：高速級齒輪副的模數(shù)為2，由表中得出滲碳層深為0.4～0.7mm，結(jié)合幾何計(jì)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(zhǔn)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(qiáng)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(qiáng)度。因此這個環(huán)節(jié)的質(zhì)量直接關(guān)系到齒輪副的實(shí)際強(qiáng)度。

表3

模數(shù)/mm 深度范圍/mm 模數(shù)/mm 深度范圍/mm 模數(shù)/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(yīng)在高精度成型磨齒機(jī)上進(jìn)行。成形磨齒自動完成齒形和齒向的修形和齒頂?shù)估?，不會產(chǎn)生與齒輪精度有關(guān)的振動和噪聲。

4.4 完成齒輪箱的良好裝配和試運(yùn)轉(zhuǎn)

4.4.1 齒輪箱裝配中應(yīng)注意檢查齒輪箱各軸系中心線的平行度、各軸承座孔的實(shí)際尺寸，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)要求。箱體應(yīng)在裝配平臺上找平，結(jié)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(shí)情況。

4.4.2 根據(jù)軸承型號及內(nèi)徑尺寸確定各軸系軸向間隙值，通過調(diào)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(qū)是齒輪平穩(wěn)嚙合、正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。涂抹紅丹粉，檢驗(yàn)齒輪副齒面接觸區(qū)。正反轉(zhuǎn)盤動齒輪，觀察齒面接觸情況。只有接觸斑點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)時聲音應(yīng)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(zhì)量是如下各環(huán)節(jié)的集合，優(yōu)秀的齒輪設(shè)計(jì)、優(yōu)等的齒輪部件（材料、熱處理、工藝、精度等）、優(yōu)等的裝配調(diào)整（軸承、動平衡、軸向間隙、側(cè)隙等）、與原動機(jī)/負(fù)載機(jī)器的正確連接（找正、對中等）、正確的運(yùn)行使用和維護(hù)（潤滑、冷卻等）。

5 結(jié)語

2011年3月國產(chǎn)化技術(shù)改造的FZAD148B共計(jì)7臺上線，使用至今無質(zhì)量問題。減速機(jī)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(jī)出坯輥道生產(chǎn)線可靠運(yùn)行，為該鋼廠節(jié)省了大量的外匯費(fèi)用。FZAD148B減速機(jī)的成功改造，為同類設(shè)備國產(chǎn)化工作積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

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

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

（責(zé)任編輯：秦遜玉）