第３９卷第５期
包鋼科技
年ｌｏ月
包鋼軌梁廠１１００ ｍｍ人字齒輪機座改造分析
周雙，吳雲嶺
（內蒙古包鋼鋼聯股份****軌梁軋鋼廠，內蒙古包頭０１４０１０）
摘要：人字齒輪機座在軋鋼傳動系統中有著關鍵作用。在實際生產過程中，人字齒輪機座頻繁的早期失效給生
產造成很大影響。文章進行詳細的分析並提出解決方案，最終通過改造人字齒輪機座中的部分零件結構並採用滾動軸承替代原結構中的滑動軸承，解決了１１００ ｍｍ人字齒輪機座存在的主要問題。關鍵詞：
人字齒輪機座；滑動軸承；滾動軸承
中圖分類號：ｔｇ３３３．１５文獻標識碼：ｂ文章編號
包鋼軌梁廠１１００ ｍｍ齒輪機座在低速、過載下
章討論了選擇的軸承型別與尺寸並對需要調整結構
連續工作，並且衝擊負荷大，衝擊次數頻繁。為適應
的相關零、部件進行了校核 。
這種工作要求，原齒輪機座齒輪軸軸承採用滑動軸承。採用滑動軸承的原因主要在於滑動軸承具有徑
１齒輪機座原系統結構
向尺寸小，承受過載能力強，運轉平穩的特點。但在１１００ｍｍ齒輪機座傳動示意圖見圖１。圖中１實際使用過程中，由於加工精度低、潤滑不良等原
為電機，其扭矩傳遞到人字齒輪機座的主動軸，主動
因，經常出現各種故障，使滑動軸承過早損壞，給生
軸帶動從動軸一起轉動，主、從動軸通過萬向聯軸器
產造成很大影響…。針對１１００ ｍｍ齒輪機座這一分別帶動工作輥完成軋制工作。ｌ１００ ｍｍ人字齒結構性問題做重大改進，在充分利用１１００ｍｍ人字輪機座工作條件為：
最大斷開力矩為齒輪機座原有零部件的基礎上，將徑向支撐滑動軸
最大工作力矩為承改為滾動軸承，其軸向支撐仍採用滑動軸承。文
轉速為傳動比１，軸間距１１００ｍｍ，
收稿日期
作者簡介：周雙（１９６９一），男，內蒙古赤峰市人，機械高階工程師，現任包鋼軌梁廠機械高階技術主管。
包鋼科技第３９卷
工作制可逆，潤滑條件為液體迴圈。題。１
２３４（１）滑動軸承在使用安裝的過程中，精度要求
—■（尤其是水平精度）高，即齒輪軸兩端必須在一條水
一平線上，否則會造成多個方面的問題。如：由於傳動
—一軸傾斜改變軸頸與軸承的接觸間隙而破壞油膜的形成；安裝時兩端的軸瓦在找平時既費時又費力精度
１一電機；２一齒輪機座；３一萬向聯接軸；４一軋輥
還不高，導致過度摩擦發熱；由於軸線不平行，造成
圖１軋機主傳動系統示意圖
齒面接觸不良、接觸面積減少而且受力不均，同時還產生軸向力．同時造成齒輪區域性磨損加劇，強度減圖２為改造前的１１００ ｍｍ人字齒輪機座結構小，應力集中，衝擊加大，極易產生斷齒現象。
圖。主動軸１通過人字齒輪帶動從動軸３一起轉
（２）滑動軸承的間隙越小承載能力越高。而在
動，主動軸和從動軸均靠滑動軸承４支撐。原結構
實際使用過程中，滑動軸承的實際間隙往往超過設
中，主、從動軸的輸出端均帶扁頭（即扁頭與齒輪軸計間隙。造成實際間隙大的原因主要在於由於間隙
一體）。
小造成軸承使用時溫公升過高，而製造滑動軸承的材料巴氏合金不能耐高溫，這樣在實際使用中ｌ１００ ｍｍ人字齒輪機座很難採用設計間隙。（３）每次人字齒輪機座維修後，齒頂間隙都過大，結果造**字齒輪機座中心距都超出１ｍｍ以
上。中心距大、齒頂間隙大、齒側間隙大會造成齒面接觸減少，強度降低，磨損加劇。重迭係數變小，衝
擊振動加大，導致人字齒輪機座傳動不良，附加的動負荷過大，齒輪軸的壽命急劇下降，軸瓦的壽命也降
低。衝擊振動也不利於油膜形成。
針對這些原因採取針對性措施，如採用經精加
工的硬齒面和中硬齒齒輪、輪齒修形、深層滲碳、噴ｌ一主動軸；２一端蓋；３一從動軸；４一滑動軸承；５一箱體；６一機架
丸強化以及減速器箱體、箱蓋焊接結構；焊接大齒輪圖２改造前ｌ１００ ｍｍ齒輪機座結構圖
結構逐步取代過去的鑄造齒輪和鑲圈齒輪結構、合理選揮齒輪軸的嚙合引數；提高齒輪軸的工作平穩性、精刮滑動軸承的軸瓦以提高齒輪軸的安裝精度、實際使用時，人字齒輪機座的失效形式是滑動改善潤滑條件、增加減磨劑等在齒輪機座安裝過程
軸承失效。滑動軸承主要失效形式包含磨損、膠合、
中被廣泛採用。然而，隨著我國軋鋼工業的迅速發
刮傷和變形。一般來說，軸瓦材料強度不足、潤滑不展，鋼材品種的不斷擴大，產量的增加，軋制速度的
良及長期過載是造成滑動軸承早期失效的主要原
提高，軋制負荷增大，要求軋機齒輪傳動裝置具有足
因。因此防止過載、限制軸承徑向載荷、提高軸承合
夠的承載能力，即具有高強度、高精度、高壽命和高
金許用壓強是防止軸瓦早期失效的有效辦法。但對可靠度。但即使做了這些改進，仍然存在結構性的於１１００ｍｍ人字齒輪機座做了這些嘗試後，發現仍因素限制１１００ｍｍ人字齒輪機座向高精度、高效率
然存在軸瓦早期失效的問題，這說明１１００ ｍｍ人字等方向發展。
齒輪機座中滑動軸承的早期失效並非由軸承本身造考慮造成１１００ｍｍ人字齒輪機座現有的問題，
成，而是由於齒輪機座系統本身的結構問題。
軸承是造成這些問題的主要原因。因而考慮將該滑２ 原結構問題
動軸承改為滾動軸承。
齒輪機座中的滑動軸承在安裝時必須考慮安裝
３ 改造方案
精度要求、滑動軸承間隙、齒頂間隙等３個方面的問
滾動軸承的型別和結構多種多樣，如何選擇適
第５期包鋼軌梁廠１１００ ｍｍ人字齒輪機座改造分析５ｌ
合１ １００ ｍｍ機組的滾動軸承是改造的前提。本節
從人字齒輪工作時軸承的受力情況分析，分析軸承
的工況條件，進而確定軸承型號。
人字齒輪工作時受力圖可參考文獻［３］。由於齒面間的摩擦力相對較小，可忽略摩擦力的作用。人字齒輪所受的兩個軸向力基本上相互抵消，圓周力的值隨扭矩增大而增大，同時徑向力亦隨扭矩增大而增大。
主動輪與從動輪受到的徑向力方向分別指向輪心，且隨徑向力的增大而增大，導致滑動軸承徑向載荷的增加，由此可引起軸承座、齒輪座和齒輪
的發熱。根據軋機齒輪座軸承的使用工況及其受力分析可，軋機齒輪座軸承在工作時主要承受徑向力，
只承受較小的軸向力。３．１軸承選擇
軸承的選擇上，應嚴格考慮齒輪機座工作條件以及改造具備的已有條件。經計算可知１１００ ｍｍ
人字齒輪機座徑向力此載荷將作用
到支撐軸承。工作時的最高軸向力
較大，因而宜選用線接觸型別的滾子軸承，考慮安裝
空間以及徑向載荷值，應選擇多歹滾子軸承。另外，
雖然計算上無軸向力，但實際使用時軸承承受一定
的衝擊負荷，因而應選擇允許較大軸向竄動的軸承。
綜合考慮此條件，軸承的型別選擇為四列圓柱滾子
軸承。四列圓柱滾子軸承承載能力大、效能穩定並
且安裝除錯方便。另外，由於軸承的內滾道是圓柱形，可獲得較高的加工精度。
１１００ ｍｍ人字齒輪機座多數零件的造價均非
常高，因而改造中應盡可能利用原機組零件。改動
原零件後還需嚴格校核改動後的強度能否保證安全
性要求。軸承的內、外徑以及寬度尺寸影響到箱體以及軸與軸承的配合位置，而軸與箱體的尺寸又影
響到整機的安全性問題。選擇尺寸大的軸承，可保
證軸承的承載能力，但可能影響到軸或箱體的安全性，反之相反。因而軸承尺寸的確定影響到整機改造的可行性。
對於齒輪機座，齒輪軸軸徑不能太小，否則安全
性保障不充足。依據設計經驗，一般軸承內徑ｄ與中心距ａ之間的關係為：
（１）軸承外徑ｄ因受齒輪機座中心距限制，並受機
座箱體約束，一般要求：
ｄ≤ 一（４０—７０）
（２）依據１１００ ｍｍ齒輪機座基本引數，初步選擇
四列圓柱滾子軸承作為
１１００ ｍｍ齒輪機座的支撐軸承。該軸承的外形尺寸引數為外徑８５０ ｍｍ，內徑６２０ ｍｍ，寬度為６００ ｍｍ；單列滾動體個數３７，焊接支柱保持架；額定靜負荷額定動負荷考慮到軋機齒輪座軸承的工作狀況，材料選擇表面
滲碳、淬火後表面硬度很高，而心部硬度低，保證心部有韌性，能承受衝擊負荷的滲碳鋼（常用材料為
採用的軸承為向心圓柱滾子軸承，其接觸角為零。因而其徑向當量負荷軸向當量負荷ｐ．＝０ ｋｎ。計算軸承壽命４３７５８ｈｏ該計算壽命滿足齒輪機座。
另外內、外圈滾道的尺寸和公差應保證軸承的徑向遊隙和互換性
的要求，並且，內、外圈滾道的圓度和表面粗糙度以及擋邊的平行差和表面粗糙度應具有一定的精度儲
備率。外圈滾道內所裝滾子組內徑的公差一定要控
製好，以保證內圈滾道和不同的外圈元件進行互換。
遊隙範圍要控制好，一般選用３組以上遊隙；滾子組
內徑ｆ 的公差值應為加公差，以保證內圈的互換。
３．２齒輪軸改造
１１００ ｍｍ齒輪機座支撐軸承由滑動軸承改為
滾動軸承後，需要改變的造價最大的零件為齒輪軸，
系統原主、從動軸均帶扁頭，這樣的結構無法安裝滾動軸承，因而在改造過程中需要改造齒輪軸結構。
齒輪軸在整個齒輪機座中所佔比重較大，如果報廢原齒輪軸而重新製造新的齒輪軸，造價很大。
因而在改造過程中將原齒輪軸的扁頭截斷繼續使用原齒輪軸，重新製造新結構的扁頭與原齒輪軸過盈配合。具體安裝過程即為先安裝滾動軸承，然後熱裝扁頭使扁頭與齒輪軸成為一體。
作為關鍵部件，主、從動軸的結構尺寸以及引數校核參見圖３、圖４以及表１。整個齒輪機座改造完成的模型見圖５。
３７９２
圖３從動軸改造後尺寸
５２包鋼科技第３９卷
表１齒輪軸引數計算
圖４主動軸改造後尺寸１一扁頭；２一從動軸；３一密封１；４一端蓋１；５一端面軸
承；６一下齒輪座；７一地腳螺栓；８一端面密封蓋；９一滾動軸承；１０一上齒輪座；１１一密封２；１２一端蓋２；１３主動軸
圖５ 改造後的ｌ１００ ｍｍ齒輪機座模型
４ 結束語
該改造方案既提高了軋制速度，又解決了軸承座的發熱問題，同時最大限度地節約了改造時間，而且還將原有的機座和齒輪軸合理利用，節約了大量
費用。用過盈聯接傳遞軋制力矩，既解決了滾動軸承裝配的問題，又可為一對即將報廢的人字齒輪軸修復後繼續使用創造了條件，具有很大的經濟價值。
對於傳遞這樣大扭矩的過盈聯接的應用，作為工程問題在該廠還沒有實施過。過盈聯接對結合面
的加工精度要求高，裝配過程複雜，責任重大，故很富有挑戰性。軋機的軸承選用滾動軸承，可以減少軋機的原動力，減少軸頸的磨損和發熱，減少維護費
用。參考文獻
海鵬．熱軋機齒輪機座存在的問題及對策
［ｊ］．輕金屬
［２］肖景順．軋機軸承失效原因分析及對策［ｊ］．
河北冶金
ｅ３］趙威，陳龍，陳岩松．軋機齒輪座軸承改制
［ｊ］．軸承
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