240 t铸造起重机减速机改进设计

刘昌伟

（山钢股份济南分公司炼钢厂，山东 济南 250101）

经验交流

240 t铸造起重机减速机改进设计

刘昌伟

（山钢股份济南分公司炼钢厂，山东 济南 250101）

针对240 t铸造起重机的主起升同步减速机齿轮的轮齿出现塑性变形、齿面点蚀和胶合等齿面损坏现象，对减速机进行改进，将齿轮的材质改为20CrNi2MoA，齿面改为硬齿面，精度增加到6级，棘轮棘爪结构改进为双棘爪接触。改进后，减速机运转平稳，未再出现齿面点蚀等损坏现象。

铸造起重机；减速机；齿轮；棘爪

1 前言

济钢炼钢厂120 t转炉区域受钢跨240 t铸造起重机是炼钢生产过程中的关键设备，负责吊运钢水包，安全要求非常高。该起重机主起升系统共有3台减速机，呈‘品’字形布置，其中同步减速机在运行大约1个月时，齿轮的轮齿出现塑性变形、齿面点蚀和胶合等齿面损坏现象，且运行时异音非常大，严重影响炼钢安全生产，存在重大安全隐患。因此，分析减速机齿轮轮齿损坏的原因，对设备进行改进设计，从而保证减速机安全平稳运转，延长使用寿命，保障炼钢安全生产。

2 原减速机概况

2.1 原减速机结构形式及性能参数

原减速机采用的是双输入双输出结构。通过棘轮、棘爪结构和减速机中间的惰轮的共同作用形成反馈来达到平衡双输出转速的目的，保证输出转速的一致性。减速机功率750 kW，输入转速730 r/ min，速比5.542，安全系数要求高。

2.2 原减速机齿轮轮齿损伤情况分析

原减速机齿轮为渐开线齿制，齿轮材质40CrNiMo，热处理状态为调质，齿轮精度7级。减速机在空载情况下，齿面的接触可以达到沿齿高方向≮50%，沿齿长方向≮70%的要求[1]。加上载荷后，由于输入输出轴悬臂过长，挠度较大，造成齿轮偏载，实际的齿轮啮合区长度方向不足35%。使用一段时间后，减速机齿轮的轮齿就会出现塑性变形、齿面点蚀和胶合现象。当齿面长期在循环过载载荷工作时，初始齿面出现疲劳裂纹。由于齿轮表面与心部硬度梯度较高，如果载荷不减，就会在齿轮的深

总之，齿轮轮齿损伤严重的原因是载荷过大、精度低、工作应力低于其许用值、齿轮表面与心部硬度梯度较高等。

3 减速机的改进设计

原减速机使用功率较小，齿轮强度满足不了大功率下的使用要求，导致损伤失效。若选用较大功率的减速机，结构尺寸较大，不符合使用现场安装、连接尺寸的要求。这种情况下，只能从齿轮的材质、热处理工艺、齿轮参数优化及减速机的结构优化等方面对原减速机进行改进。

1）材质是齿轮承载能力的基础，合理选用齿轮材质可以使齿轮在充分满足性能要求的同时，以最佳的加工工艺和热处理工艺制造生产出来。齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力都随齿轮的强度（硬度）提高而提高，为保证工作齿部自表至里一定深度内达到相同的硬度，要求选用的齿轮材质具有足够的淬透性，芯部有足够的韧性。因此，改进设计时齿轮的材质由40CrNiMo改为20CrNi2MoA，属于优质低碳合金钢，此类材质适用于重载、受冲击齿轮[2]；齿轮的精度由7级增加到6级，热处理工艺采用调质+渗碳+淬火；齿轮的齿面由中硬齿面改为硬齿面，加工时采用硬齿面磨齿工艺，改善齿轮表面质量，齿面硬度达到60 HRC。

2）重载齿轮为了降低齿面接触应力，提高抗胶合能力，通过更改设计齿轮变位系数的齿轮传动，使最大滑动率接近相等。由于轴及齿轮轮齿在实际运转过程中的受力变形及安装误差等影响，通过实际工作受力模拟计算，按实际工作状况进行齿轮修形设计。从而使齿轮齿面接触良好，减少齿轮运转中的振动与偏差。

3）对减速机中最关键的棘轮和棘爪部分进行重新设计，由单棘爪接触改进为双棘爪接触（如图1所示）。

TG231.1

B

1004-4620（2015）04-0078-01

2015-07-09

刘昌伟，男，1978年生，2001年毕业于山东工程学院机械设计与制造专业。现为济钢炼钢厂机动科工程师，从事起重机及电梯设备管理工作。层产生裂纹，随着循环次数的增加，表层和深层裂纹会扩展成网状，点蚀坑就会加大，随之而来的就是齿面大面积的剥落。