精轧主传动结构特点分析

吴淑飞，刘新伟

轧机主传动是轧钢设备的重要组成部分，作为电动机与轧机的接口，将电能转变为机械能，实现从原动机到工作机的动力传递，满足轧机生产工艺所需转矩和速度的高精度、高动态性能要求，在很大程度上决定着轧钢设备的使用寿命和产品质量。

1 轧机主传动的形式

轧机主传动的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。轧机主传动一般由主传动减速机、齿轮机座、联轴器、接轴等组成。由于轧钢机的形式和工作制度的不同，轧机主传动也有不同的形式。

（1）由电机直接传动工作辊的形式，主要用于可逆式粗轧机。

（2）电机经减速机，齿轮机座传动工作辊的形式。主要用于不可逆轧机和连轧机精轧机组的头几架。

（3）由电机通过齿轮机座传动工作辊，主要应用于轧制速度较高的后几架精轧机。

本文重点对热连轧精轧主传动进行分析说明。

在热连轧机组中，精轧主传动的主要作用有：

（1）改变转速和力矩，以达到轧钢设备的使用要求。

（2）分配传动路线，改换空间动力传递的方向和位置。

（3） 尽可能减少原动机的种类。

（4）合理匹配减速机的传动速比，使轧机设备运动部分惯性小，减少启、制动的消耗力矩。

（5）合理地优选电动机—传动装置—工作机构系统，以降低制造成本和使用成本。

2 热连轧精轧主传动

现以某公司1450 mm热连轧机组为例具体介绍精轧主传动的组成及结构特点。其精轧主传动前4架即F1～F4由电机经联轴器连接主传动减速机、主联轴器、齿轮机座、鼓形齿接轴，最后驱动上、下工作辊；后3架即F5～F7轧制力矩比较小，但轧辊转速较高，为尽量减少电机的规格，并没有设置主传动减速机，而由主电机经联轴器连接齿轮机座、鼓形齿接轴进而直接驱动上、下工作辊。

2.1 齿轮机座

齿轮机座的作用是将电动机或主传动减速机的输出力矩按相同的速度分配给轧机的上、下工作辊。它是热连轧机精轧主传动装置的重要组成部份，由箱体、人字齿轮轴、偏心套、轴承等构成。齿轮机座的主要特点是传递扭矩较大，但上、下齿轮中心距受工作辊直径、接轴允许偏摆角度、轧钢车间跨度等诸多因素的限制，无法做得太大，所以其负荷特别重，是精轧主传动中的薄弱环节。齿轮机座有剖分式和整体式两种结构形式。该1450 mm热连轧精轧主传动中的齿轮机座均采用剖分式结构（见图1、表1）。

图1 齿轮机座的剖分面结构简图

表1 1450 mm热连轧精轧主传动齿轮机座技术参数

（1） 结构特点

齿轮机座的箱体由上箱体、中箱体和下箱体三部分组成，为使箱体具有足够的刚性，尤其是加强箱体轴承处的刚度和强度，箱体均采用矩形大断面立柱的焊接结构，用高强度螺柱将这三部分箱体把合在一起；为使箱体具有良好的密封条件，上、中、下箱体的结合面必须保证有较高的加工精度，为此需采用磨削加工方法，装配时还需涂密封胶，以确保结合面不会发生渗油、漏油现象。另外，为便于安装调整，整台齿轮机座直接固定在基础上。

（2）齿轮的结构型式

由于齿轮机座传递扭矩较大，而传动轴直径又受到中心距的限制，所以将齿轮轴设计成渐开线齿形的人字齿，此外，将齿轮轴中的一根设计成一端固定，另一端轴向游动，而另一根齿轮轴两端轴向游动的形式，在运转过程中依靠人字齿的啮合自动定位，以避免载荷在两侧斜齿上的不均匀分布，保证正常啮合。人字齿轮轴的材料均采用17Cr2Ni2Mo，经过渗碳、淬火、磨削加工，精度要求达到国家标准6级。满足使用要求。

（3） 齿轮修形

齿轮修形可以增大齿轮的接触率，提高齿面的承载能力，减小由齿轮加工误差、受载变形所引起的冲击振动而产生的噪音。齿轮修形包括齿端修形和齿形修形。在制造时，对齿轮机座中的一根齿轮轴进行齿端修形和齿形修形，另一根齿轮轴只进行齿形修形。

（4） 偏心套

为使齿轮的齿面接触良好，并保证侧隙均匀，在轴承与轴承座的安装孔之间设有偏心套。偏心套材质选用铸钢件 (ZG 270～500)，偏心套的偏心量为0．25 mm，调整精度高，稳定性好，轴头空间方位变化小。另外，偏心套还能使两侧齿面接触形状对称分布，提高齿轮承载能力，保护轴承孔。

（5） 轴承的选择

齿轮机座选用双列球面滚子轴承。具体设计时应选择较宽系列，以减少轴承与轴承孔的比压。

（6） 润滑与密封

对齿轮机座的齿轮啮合点和轴承均采用稀油循环润滑，润滑油选用ISOVG460齿轮润滑油，为方便观察和控制供油量，在每台齿轮机座的供油管路的入口处都设有流量开关和压力表、压力开关、蝶阀，而且在每个润滑支路设有截流阀和油流指示器等润滑元件，保证各润滑点的油量供给。润滑油通过润滑管路经喷嘴润滑冷却齿轮啮合点，并在啮合齿面上形成油膜，以提高齿轮的承载能力；润滑油通过润滑油路流经轴承的滚动体润滑滚动轴承，最后流回箱体，带走因摩擦产生的热量，做到润滑冷却一步完成。齿轮机座的轴端均采用无接触迷宫式密封，其特点是工作可靠，寿命长，维修方便，不需要更换密封件。

2.2 主传动减速机

精轧主传动减速机的作用是将电动机的转速转变成轧制速度。它是精轧主传动的重要组成部分，由箱体、齿轮轴、焊接大齿轮、轴承、偏心套等构成。主传动减速机的轴线平行布置，采用对轴向误差不敏感，适合长期连续传动的单级圆柱斜齿轮传动。在该1450 mm热连轧精轧主传动中的F1～F4上设有主传动减速机（见表2）。

（1） 箱体

主传动减速机箱体全部采用焊接结构。该箱体剖分面只有一个，整个箱体分三层。主要受力部位在下箱体和中箱体，用大断面矩形梁和厚钢板焊接而成，焊接结构件的断面尺寸主要取决于主传动减速机的承载能力。机盖不承受工作载荷，布置在中机体上，用薄钢板焊接而成。和齿轮机座一样，为便于安装调整，整台主传动减速机直接固定在基础上。

表2 F1～F4主传动减速机

（2）齿轮的结构特点

主传动减速机的齿形采用渐开线斜齿圆柱齿轮，齿轮轴及大齿轮的轮缘均采用17Cr2Ni2Mo钢，经过渗碳、淬火、磨削，其加工精度达到国家标准6级。大齿轮为焊接齿轮，具有质量好，重量轻，平衡好，成本低等优点；齿轮的接触率要求沿齿高方向不低于60%，沿齿宽方向不低于80%，可以最大限度地发挥其承载能力。

（3） 齿轮的修形

与齿轮修形一样，对齿轮轴进行齿端修形和齿形修形，而对大齿轮只进行齿形修形。

（4） 偏心套

功能与齿轮机座相同。

（5） 轴承的选择

该1450 mm热连轧精轧主传动减速机全部选用滚动轴承。

（6） 润滑密封

主传动减速机工作性质为长时间，所以其润滑与密封与齿轮机座完全一致。

2.3 联轴器

主电机与主传动减速机及齿轮机座彼此之间均采用联轴器连接。该1450 mm热连轧精轧主传动系统中所有联轴器均采用鼓形齿联轴器。原因在于鼓形齿联轴器有以下优点：

（1） 由于外齿轴套齿侧面沿宽度方向弧形化，可防止因齿端部载荷过大而引起的损坏。

（2）结构紧凑，磨损损失小，有一定的弹性和补偿性，承载能力大。

（3）由于外齿齿宽方向呈弧形，联轴器轴线允许有较大的偏角和位移。

2.4 接轴的结构特点

该1450 mm精轧主传动的齿轮机座与工作辊通过接轴相连接。接轴均采用鼓形齿接轴，工作时其允许倾角为 1°30′～2°30′，而非工作时倾角可达到 6°（见图 2）。

图2 鼓形齿接轴结构简图

该鼓形齿接轴主要由外齿轴套、内齿圈、密封装置、带弹簧的球顶、接轴本体、弹簧等零部件构成。

为便于更换鼓形齿接轴的外齿轴套，外齿轴套与接轴本体均采用花键连接，通过压板和螺栓将其固定在接轴本体上。为适应轧制过程中开口度的变化，接轴的外齿轴套在内齿圈中可滑动伸缩，接轴本体的轴向定位靠其心部带弹簧的球顶实现。

此外，该1450 mm热连轧精轧主传动中的鼓形齿接轴还有以下特点：

（1）该鼓形齿接轴的外齿轴套和内齿圈均采用硬齿面磨齿技术，提高了鼓形齿的耐磨性能及鼓形齿接轴的承载能力。

（2）采用轴向窜动机构，使工作辊能够进行轴向移动，保证了轧材的成品质量。

（3） 采用稀油循环润滑,有效改善鼓形齿接轴的润滑条件。

3 结语

上述热连轧精轧主传动系统经过多年的实践和改进，已经被钢铁生产企业普遍接受，并且得到广泛应用，相关设备已全部实现国产化，经现场使用效果良好，不仅提升了轧机整体性能，还提高了轧钢设备的使用寿命及轧制产品的质量，得到了用户的认可。