피니언 스탠드 구조 - 목적 및 기계적 구성
압연기의 피니언 스탠드는 일반적인 감속 기어박스와는 구별되는 특정한 목적을 가지고 있습니다. 즉, 하나의 모터 입력축에서 발생하는 토크를 두 개의 출력축(압연기의 상부 및 하부 작업 롤을 구동하는 스핀들)에 균등하게 분배합니다. 대부분의 열연 스트립 및 판재 압연기에서 피니언 스탠드는 1:1의 기어비로 작동하여 두 출력축이 입력축과 동일한 속도로 회전함으로써 롤 표면의 회전 속도를 동기화합니다. 모터 속도를 압연 속도로 낮추는 감속은 피니언 스탠드 상류에 있는 별도의 주 구동 감속기에 의해 수행됩니다.
모터에서 주 감속기를 통해 구동되는 하나의 입력 헬리컬 기어는 동일한 직경의 두 개의 출력 헬리컬 기어와 맞물립니다. 두 개의 출력 기어는 상부 및 하부 롤 스핀들을 구동합니다. 1:1 기어비는 피니언 스탠드의 세 기어 모두 톱니 수가 동일함을 의미합니다. 입력 피니언 기어는 두 출력 기어 사이에 위치하며, 일반적으로 베어링 하중의 균형을 맞추기 위해 축 대칭으로 배치됩니다.
1:1 비율의 직렬 연결된 두 개의 탠덤 피니언 스탠드를 사용하면 4단 압연기(백업 롤 + 작업 롤)를 단일 모터 쌍으로 구동할 수 있습니다. 이중 피니언 스탠드에는 동일한 헬리컬 기어가 4개 있으며, 조립 전에 4개 기어 모두의 백래시 일치 여부를 확인해야 합니다. 이는 이중 헬리컬 기어 매칭(제55조)과 유사한 복잡한 매칭 세트 요구 사항입니다.
바이트 쇼크 — 피니언 스탠드 헬리컬 기어의 핵심 하중 조건
압연기 피니언 스탠드에서 가장 심각한 기계적 현상은 뜨거운 강철 빌릿, 슬래브 또는 스트립의 앞쪽 가장자리가 회전하는 작업 롤과 처음 접촉하는 순간, 즉 "바이트(bite)" 현상입니다. 바이트 순간, 공작물의 소성 변형을 시작하기 위해 롤 갭이 압축되어야 하므로 정상 상태의 압연 토크보다 롤 토크가 갑자기 크게 증가해야 합니다.
물림 충격 계수(최대 토크 대 정상 토크 비율):
황삭 스탠드(1차 감속, 두꺼운 슬래브 ≥ 100 mm): T_bite/T_roll = 1.8–3.0
중간 단계(적당한 감소): T_bite/T_roll = 1.4–2.0
마무리 스탠드(얇은 스트립, 매끄러운 진입): T_bite/T_roll = 1.1–1.5
지속 시간: 일반적으로 0.05~0.20초 (선단부가 통과하는 데 걸리는 시간)
롤 갭과 롤링 토크가 안정적인 롤링 값으로 수렴되도록 조정합니다.
빈도: 연속 가동되는 열간 스트립 조압연기에서 시간당 60~180회의 타격 이벤트 발생
교합 충격은 피니언 스탠드를 통해 직접 전달됩니다. 헬리컬 기어 기계적 감쇠 장치 없이 설정된 압연기 피니언 스탠드는 유체 커플링이 시동 피크를 부분적으로 제한하는 고무 믹서 드라이브(Art64)와 달리 모터에서 롤까지 견고한 구동계를 갖습니다. 모터와 작업 롤 스핀들 사이의 구동계 비틀림 동역학은 바이트 이벤트를 감쇠 진동으로 변환합니다. 바이트 토크 스파이크는 스핀들, 피니언 스탠드 헬리컬 기어, 메인 감속기 및 모터를 통해 역전파되어 전체 기계 시스템의 비틀림 모드를 여기시킵니다.
오일막 슬리브 베어링 - 헬리컬 기어 사양을 변경하는 이유
대형 모듈 피니언 스탠드 헬리컬 기어 — M32, 42CrMo4 유도 경화강으로 제작되었으며, 오일막(유체역학적 슬리브) 베어링에 장착됩니다. 슬리브 베어링은 전체 롤 분리력(후판 압연기에서 최대 5,000~15,000kN)을 지지해야 하며, 각 압연 제품의 시작과 끝 부분의 짧은 저속 구간을 포함하여 모든 압연 속도에서 오일막의 무결성을 유지해야 합니다.
오일막 베어링의 최소 속도 제한
피니언 스탠드에 사용되는 오일막 슬리브 베어링은 유체역학적 베어링으로, 베어링 내부에서 축이 회전하면서 오일막이 생성됩니다. 최소 축 표면 속도(일반적으로 저널에서 0.3~0.8m/s) 이하에서는 오일막이 파괴되어 베어링에서 금속 간 접촉이 발생합니다. 이러한 최소 속도 제한은 피니언 스탠드에 직접적인 영향을 미칩니다. 헬리컬 기어압연기는 최소 롤 속도 이하로 작동할 수 없으며, 가공물이 갭에 끼인 상태로 압연이 중단되어서는 안 됩니다(이 경우 롤 분리력으로 인해 베어링이 건조 상태로 작동하게 됩니다). 저속 압연(가공물이 부드럽게 진입하도록 롤 속도를 낮추는 방식)은 최소 오일막 속도에 의해 제한되며, 이는 압연 일정과 압연기가 생산할 수 있는 제품 두께 범위에 영향을 미치는 최소 압연 속도를 생성합니다.
베어링 하중 분포 및 기어 톱니 하중
구름 요소 베어링(유격을 0으로 줄여 예압할 수 있음)과 달리, 오일막 슬리브 베어링은 유한한 작동 유격(일반적으로 반경 방향으로 0.05~0.20mm)을 갖습니다. 이 유격으로 인해 입력 피니언 샤프트가 베어링 내에서 휘어질 수 있으며, 입력과 출력 사이의 중심 거리가 변할 수 있습니다. 헬리컬 기어 다양한 교합 하중 조건에서, 한국 에버파워는 슬리브 베어링 간극 내에서 발생하는 하중 의존적 축 변형을 보상하기 위해 피니언 스탠드 헬리컬 기어 톱니에 리드 크라운(C_β = 20–50 µm, 제46조 참조)을 적용하도록 규정하고 있습니다. 이는 최악의 교합 충격 하중에서도 적절한 면 접촉을 유지하고, 면 끝단의 조기 파손을 유발하는 모서리 집중 현상을 방지하기 위함입니다.
피니언 스탠드 헬리컬 기어의 재질 및 모듈 선정
| 제분소 유형 | 모듈 Mn | 얼굴 너비 b | 재료 | 열처리 | 일반적인 출력 토크 |
|---|---|---|---|---|---|
| 열간 스트립 마무리 스탠드 | M20–M30 | 300~500mm | 17CrNiMo6 | 침탄 처리 HRC 58–62 | 스탠드당 500,000~2,000,000 N·m |
| 열연 스트립 러핑 스탠드 | M32–M50 | 500~800mm | 42CrMo4 또는 17CrNiMo6 | 유도 소결 HRC 50–55 또는 침탄 소결 | 스탠드당 1,000,000~5,000,000 N·m |
| 판재 압연기(1단식) | M40–M60 | 600~1,000mm | 42CrMo4 | 유도 HRC 50–55 | 2,000,000–10,000,000 N·m |
| 봉강 및 로드 밀(소형 섹션) | M16–M24 | 200~400mm | 17CrNiMo6 | 침탄 처리 HRC 58–62 | 50,000–500,000 N·m |
판재 밀 피니언 스탠드용 헬리컬 기어 M40~M60에서 블랭크 단면 직경이 1,500~2,500mm인 경우, 모든 침탄강의 경화 가능 깊이를 초과합니다. 17CrNiMo6는 최대 약 500mm 직경까지 안정적으로 침탄됩니다. z=25인 M50에서 피치 직경은 약 1,330mm이고 블랭크 직경은 약 1,400~1,500mm입니다. 이 단면 크기에서는 42CrMo4 유도 경화(치면만 경화하고 코어는 QT HB 280~320으로 유지)가 유일하게 실용적인 열처리 방법입니다. 달성된 σ_H lim(820~950 MPa)은 침탄 처리된 것(1,600~1,800 MPa)보다 낮지만, QT 코어의 강성이 더 높아 상대적으로 취성이 강한 고탄소 표면을 가진 침탄 처리된 케이스보다 물림 충격으로 인한 균열 전파에 더 효과적으로 저항하기 때문에 물림 충격 토크에서의 정적 굽힘 강도는 실제로 더 잘 유지됩니다.
범용 스핀들 연결부 — 피니언 스탠드와 워크롤 사이의 인터페이스
피니언 스탠드의 출력축은 유니버설 스핀들(카르단 스핀들 또는 기어 스핀들이라고도 함)을 통해 작업 롤 넥에 연결됩니다. 유니버설 스핀들은 피니언 스탠드 출력축 중심선과 롤 넥 중심선 사이의 각도 오차를 보정하는 유연한 커플링으로, 제품 두께에 따라 롤 갭이 변할 때 발생하는 각도 오차를 수용합니다. 유니버설 스핀들은 구름 토크와 압착 충격을 작업 롤에 전달하는 동시에 ±3~15°의 각도 편차를 허용합니다. 피니언 스탠드는 한국의 에버파워(Ever-Power)에서 공급합니다. 헬리컬 기어 범용 스핀들 플랜지 연결 치수에 맞춰 치수를 조정하고, 출력 샤프트 직경과 플랜지 볼트 원이 생산 전에 고객의 스핀들 사양과 호환되는지 확인합니다.
한국 에버파워 - 압연기 피니언 스탠드 헬리컬 기어 공급
한국 에버파워(Ever-Power)의 압연기 피니언 스탠드 제조 및 최종 검사 헬리컬 기어 — M32, 면폭 600mm, 42CrMo4 유도 경화 HRC 52. 바이트 충격 서비스 계수(이 황삭 스탠드의 경우 KA_eff = 2.5)와 리드 크라운(슬리브 베어링 처짐 보상용 C_β = 35µm)은 모두 주문 문서에 명시되어 있습니다.
한국 에버파워 생산 헬리컬 기어 M16부터 M50까지의 압연기 피니언 스탠드용으로, 면폭은 200~1,000mm이며, 재질은 17CrNiMo6 침탄강(M16~M32) 및 42CrMo4 유도 경화강(M32~M50 이상)입니다. 바이트 충격 서비스 계수, 리드 크라운 사양 및 바이트 최대 토크에서의 정적 굽힘 검사는 모두 주문 문서에 표준으로 포함되어 있습니다. 헬리컬 기어 제조업체한국의 에버파워는 검증된 기어 분석기 측정값과 세 기어 모두의 정확한 매칭이 확인된 완벽한 매칭 세트(입력 피니언 + 두 개의 출력 피니언)를 생산합니다. 이는 균형 잡힌 부하 분담에 필수적입니다. 자세한 내용은 웹사이트를 참조하십시오. 헬리컬 기어 제품군 압연기 및 중공업 분야에 사용됩니다.
자주 묻는 질문
M32~M50 등급에서 0.5~10m/s의 피치 라인 속도로 롤링할 경우, 스퍼 기어의 ε_α는 1.2~1.6(횡방향 접촉비)이 되는데, 이는 단일 쌍 접촉과 이중 쌍 접촉 사이의 전환점에서 각 치쌍이 순간적으로 전체 토크를 단독으로 지탱한다는 것을 의미합니다. 정격 하중의 2.5배에 해당하는 바이트 충격을 가하면서 2,000,000N·m의 토크를 전달하는 황삭 스탠드의 경우, 단일 쌍 접촉 시 순간적인 치면력은 엄청날 것입니다. 헬리컬 기어 β = 15–20° 및 면폭 600mm일 때 ε_α 외에도 ε_β = 1.0–1.3을 달성하므로, 맞물림 주기 동안 발생하는 모멘트는 ε_α + ε_β에 해당하는 치쌍에 의해 동시에 분담됩니다. 이러한 하중 분담이 바로 그 이유입니다. 헬리컬 기어 모든 최신식 압연기 피니언 스탠드에서 스퍼 기어를 교체했습니다. 더욱 부드러운 힘 전달로 인해 체결 충격 증폭과 구동계 손상을 유발하는 비틀림 공진 여기 현상이 크게 줄어듭니다.
시간당 120회의 연속 열간 스트립 생산에서 사양이 잘 갖춰진 42CrMo4 유도 경화 황삭 스탠드 피니언(M40, HRC 52)은 치 마모 또는 피로로 인해 교체가 필요하기 전까지 약 5~10년 동안 사용할 수 있습니다. 주요 마모 메커니즘은 피니언 스탠드 하우징(밀폐형 하우징임에도 불구하고) 내부로 유입되어 기어 오일을 오염시키는 산화물 스케일 및 밀 스케일 입자로 인한 연삭 마모입니다. 17CrNiMo6 침탄 피니언 스탠드 헬리컬 기어 (소형 모듈인 M16~M24의 마무리 스탠드에 사용되는 경우) 일반적으로 적절한 윤활을 통해 8~15년의 수명을 제공합니다. 주요 피로 메커니즘은 헤르츠 접촉 피로가 아니라 교합 충격 손상(반복적인 과부하로 인한 치근 굽힘 피로)입니다. 이것이 바로 교합 토크에서의 정적 굽힘 검사가 피니언 스탠드를 제어하는 이유입니다. 헬리컬 기어 정격 구름 토크에서의 피로 접촉 응력 검사보다 더 높은 사양을 갖습니다.
예, 한국의 Ever-Power에서 피니언 스탠드를 공급합니다. 헬리컬 기어 모든 기어(3개 또는 4개)는 모든 맞물림 간 피치 연속성이 확인된 매칭 세트로 구성됩니다. 매칭이 중요한 이유는 다음과 같습니다. (1) 두 출력 기어의 피치 오차가 입력 피니언에 대해 미세하게 다르면 한 롤이 다른 롤보다 약간 빠르게 회전하여 롤링 갭에서 공작물이 비틀어지는 크로스롤 스큐어가 발생하고 형상 결함이 생깁니다. (2) 두 출력 기어는 토크 분배를 균등하게 하기 위해 동일한 톱니 두께(입력 피니언에 대한 동일한 백래시)를 가져야 합니다. 매칭되지 않은 세트는 더 촘촘한 맞물림을 통해 비례적으로 더 많은 토크를 전달하여 한쪽 기어에 과부하를 일으킵니다. 한국 에버파워는 모든 기어를 동일한 기어 분석기에서 피니언 스탠드 세트로 측정하고 출하 전에 각 쌍의 피치 위상 및 백래시를 기록합니다.
압연기 피니언 스탠드는 순환식 오일 윤활 시스템(스플래시 방식이나 오일 배스 방식이 아님)을 사용합니다. 오일은 중앙 저장소에서 기어 맞물림당 약 3~10L/min의 속도로 펌핑되어 10~25µm로 필터링된 후, 기어 맞물림 진입 영역에 직접 분사되는 노즐을 통해 공급됩니다. 일반적으로 동일한 오일 회로가 피니언 스탠드 전체에 사용됩니다. 헬리컬 기어스핀들 커플링 및 슬리브 베어링에 사용됩니다. 오일 등급: 대부분의 압연기 피니언 스탠드에는 내마모성 및 소포성 첨가제가 포함된 ISO VG 220-320 광물성 기어 오일이 표준으로 사용됩니다. 고강도강(더 높은 체결 충격 피크를 발생시키는 강성강)을 가공하는 경우에는 내마모성 패키지가 강화된 고성능 오일이 사용됩니다. 오일 온도 제어는 중요합니다. 적절한 유량을 유지하려면 필터와 펌프에서 오일 온도가 30~35°C 이상이어야 하지만, 적절한 EHL(전기유동성) 유막 두께를 유지하려면 기어 맞물림 부위에서는 55~60°C 미만이어야 합니다.
압연기 피니언 스탠드 헬리컬 기어 세트 문의
밀 종류, 모듈, 롤 속도, 압연 토크 및 알려진 바이트 충격 데이터를 제공해 주십시오. 한국 에버파워는 유효 서비스 계수를 계산하고, 재질 및 열처리를 확인한 후, 기어 분석기 문서 및 적합성 인증서를 포함한 완벽한 매칭 세트를 제공합니다.
M16–M50 · 매칭 세트 (3개 또는 4개 기어) · 42CrMo4 유도강 · 17CrNiMo6 침탄강 · 바이트 쇼크 KA_eff · 리드 크라운 가공 · 최소 주문 수량 1세트
편집자: Cxm
