冶金机械齿轮传动装置的制造技术与发展趋势

杨宁

摘 要：通常我们说的“齿轮传动装置”指的是将渐开线齿轮作为传动副齿轮运转的传动装置，属于机械传动比较主要的形式，该装置的设计制造质量是否合格将会对其运转水平产生很大的影响，而且还会直接决定其使用寿命以及工作性能。本文将就此展开探究分析，并分析该装置在冶金行业当中的应用，以及前景发展，为日后冶金工业的发展提供理论参考。

关键词：冶金机械；齿轮传动装置；制造技术；发展趋势

自上世纪70年代起，我国就已经建设了包括宝钢以及武钢在内的多个不同的现代化冶金企业，令我国冶金设备的整体水平提升到了一个比较先进的高度上，齿轮传动装置更是精品层出，例如：宝钢一期到三期所用到的各种齿轮传动装置当中就包括德国产FLAND以及比利时HANSEN、日本产三井三池等比较知名的品牌减速器，同时还有包括德国产德马克、日本产三菱等大型传动装置，它们对我国的齿轮装备水平形成了积极的影响。

1 在冶金设备中运用机械齿轮传动设备的技术

1.1 常用场合

首先，需要调节转速以及力矩，以期能够满足设备使用上的需求；其次，需要对传动路线进行分配，并且调节空间动力传递具体方向以及实际位置；第三，将动力进行合成或者是分流处理，也就是可以凭借一个单独的动力源，将动力分配到几个需要使用动力的动力源当中，并合成，整体供给工作机构。

1.2 现状

就当前来说，冶金设备当中利用的机械齿轮转动装置当中的齿轮，大多使用渗碳、磨削以及淬火的硬齿面的齿轮，通常在轧钢齿轮的传动装置当中很少会使用HB300之下的齿轮。

制造齿轮通常需要使用的是喷砂处理手段、齿根处理手段、压力淬火以及无损探伤四种，对大齿轮结构进行设计通常使用的是焊接齿轮。因为齿轮的制造进度以及承载能力在最近这些年以来有明显的提升，并且大面积地利用硬齿面齿轮，因此在进行齿轮结构的设计过程当中会常用单斜齿，例如宝钢冷轧机主传动的双齿轮座即该结构齿轮，并不会安装人字齿轮。假如受到结构或者尺寸上的限制的时候，还可以借助两个单向斜齿轮进行组合拼装成人字齿轮。尽可能使用多流式传动装置，能够在较小的环境体积当中传送较大的力矩。在实际生产过程当中，为了能够实现最大化的齿轮承载力，采用的大多都是变为齿轮以及延齿端修整等手段，通常轧机的传动装置齿轮副进行制造的过程当中，行业内对其的要求也相对较高，齿轮的接触精度需要实现80%甚至更高。

1.3 性能参数的选择

整体上来说，为了能够确保齿轮的传动能够拥有充足的承载力以及设想的使用寿命、比较理想的经济效益以及技术特征，需要选择正确且合理的齿轮啮合参数，不过齿轮副参数之间相互联系，并相互影响，需要进行全面且综合的考虑。

对一些大型的冶金设备当中的齿轮传送装置进行参数选择的时候需要考虑如下几点：不同等级的传动齿轮承载的均衡性，也就是等强度条件；机械当中配对齿轮当中大型、小型齿轮承载是否均匀；同样的齿轮齿面的荷载力（即接触的强度）、齿根荷载（即弯曲的强度）均衡性。只要保证这三个方面，在单位重量上，承载力就可以实现比较理想的指标。

对于齿轮参数，主要的选择原则基本如下：

首先，中心距，通常大型的主减速机中心距要结合强度进行计算，并没有标准可以遵循，大型件的中心距通常需要使用单件来进行加工，没有互换，没有批量，需要将降低成本作为主要目的，满足使用需求基础之上选择最小的成本消耗。

其次，齿数比，通常轧机齿轮减速机的单机传动齿数比要在5～6，其速比超过6的时候依然使用以及传动可能会导致减速机体积以及重量上的明显提升。

第三，齿宽系数，通常选用ψd=bd1，在该公式当中，b是有效的齿宽值，d1是小齿轮分度圆的直径值。在宝钢2030冷轧机主传动的双齿轮座当中，ψd值等于bd1，为0.82到0.44。在德国SMS的标准下，需要ψd≤1，6～2，假如轴→齿轮→机体的刚性都比较好，且制造精准度比较高，齿轮相对于轴承也呈现出对称布置，那么可以选择比较大的数值，否则就取较小的数值。

第四，模数m以及齿数z，在减速机的中心距明确之后，保证齿数和模数之间呈现反比例关系，此时选择较小的齿数和较大的模数会有利于弯曲的强度。

1.4 主要零件结构的设计情况

当前，大型的冶金设备当中，对于齿轮传动装置机体本身，通常选择焊接结构，其齿轮副结构形式也有很多不同的选择，例如轴齿轮、铸造齿轮以及锻造带孔齿轮、镶圈齿轮、焊接齿轮等，就当前情况来说，合金钢锻造齿轮以及焊接齿轮是比较常用的，而这也是伴随着机械工业的技术水平发展，而提升齿轮承载力必要的措施手段之一。

1.5 齿轮材料以及热处理技术

在现代化的大型冶金设备当中，齿轮传动装置当中最为重要的齿轮轴、焊接齿轮齿圈以及齿轮结构均选择最优质的合金钢材料，在这之中，调质齿轮选择的材料是38SiMnMo、42CrMo4以及35CrMo等，常规硬度是HB280～360。另外，渗碳淬火齿轮主要材料是20CrMnMo、20CrNi4、20CrNiMo、25Cr2Mov等，经过磨削之后，齿面硬度是HRC58～62，通常负载下，渗碳层的深度与有效的硬化层深度均有一定的要求。

另外，对于重承载齿轮来说，也需要对齿面应力分布进行计算，特别是在最大的剪应力上的深度值，之后将它作为有效的硬化层具体深度要求值可靠的依据。

1.6 渐开线齿轮的修整技术

当前，在现代化的大型冶金设备当中，有一些关键性的设备，例如转炉倾动设备以及轧机的主减速机当中的齿轮都经过修整，主要有齿向修型以及沿齿高修型两种。

齿向修型的长度L为0.1cosβ，修行量△为0.10～0.15，或者是4Fβ，在这一过程当中，β为齿轮螺旋角度值，Fβ为齿形误差数值。

沿齿高修型通常使用大齿轮以及小齿轮均修整齿顶的方式，修整的起点要稍微低于单齿以及双齿之间啮合分界点，同时，齿形修行量通常选择齿形角度误差两倍数值。

这两种修整方法都在对齿面进行磨削的过程当中借助砂轮修整以及专门的修整机构进行一次磨削形成。例如，宝钢2050热轧机当中的驱动装置齿轮副当中，不管渗碳淬火还是调质齿轮，其最终加工都是磨齿处理。它作为对齿轮轮齿进行粗加工的步骤，其基本要求是齿根在磨削之后实现和齿根曲线相切的关系，保证齿根的过渡为圆角，且光滑，消除应力集中作用。

1.7 选择轴承

通常减速机需要选择滚动轴承，齿轮→轴系比较长的时候，使用双列、球面的滚子轴承，在齿轮→轴系比较短且粗的时候，选择圆锥形的滚子轴承或者是径向的滚子轴承联合双列、圆锥形的滚子轴承。

针对人字齿轮的机座，通常采用的是双列、球面的滚子轴承。并且保证轴承的外圈和镗孔能够松动地配合，适应齿轮轴游动。

1.8 设计偏心套

为了能让齿轮齿面的接触效果比较好，同时保证侧隙，轴承以及镗孔之间通常会设置偏心套，其偏心距基本上是0.25毫米，可以很好地实现两侧齿面的接触形状对称，提升整个齿轮的承载力。

2 该技术未来发展

2.1 更高的强度

当前大型的冶金设备当中齿轮传动装置所使用的齿轮大多都是硬齿面技术，能够达到95%以上，在未来发展的过程当中，会进一步提升材料质量以及技术水平，实现更高的承载能力。

2.2 更高的精准

当代大型设备当中，大多使用磨齿以及硬刮削等精准加工的技巧，普遍能够实现齿轮精准度ISO6级甚至更高，齿轮的粗糙度大多是Ra0.8～1.6左右，令齿轮实现平稳转动以及较低的噪音等。

2.3 更完善的性能

齿轮在不断的发展和完善当中将会向着更大的模数以及更少的齿数发展，另外，在传动过程当中也会开始普及柔性均载机构，以实现更高的承载力；在原动机种类上将会不断地降低，能够很好地控制机构快速性以及准确性；在成本消耗上，将会实现更低的成本消耗，降低能源浪费。

2.4 更加复杂的系统

齿轮机械的自主性和带动性是其他部件所不具备的，也造就了齿轮机械的运用的广泛性。冶金机械齿轮传动装置作为一项大型设备工程，不仅仅地位非常重要，而且有很大的发展空间，未来的系统将会出现精密复杂的局面。协作更加和谐，系统也更加复杂。不论是从制造机床还是打磨技术，对齿轮的要求都非常的高，整个传动装置力学更加复杂，从而会使功效更加的完善，运用也会进一步增强。

3 结语

本文首先对齿轮传动装置技术的运用和现状进行了分析，然后从性能技术、主要参数、零部件配制、修整技术几个关键技术指标进行了分析，最后对齿轮装置的未来发展进行了展望，对未来齿轮传动装置的发展方向做了预期。在总的来看，冶金设备当中的齿轮传动装置已经有了比较好的发展现状，不过在未来的发展进程当中还会有更高度的提升和完善，给我国的冶金行业带来更良性的发展。

参考文献：

[1]陶慧明.冶金机械齿轮传动装置的制造技术与发展趋势[J].宝钢技术，2002（05）.

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