Конструкция стойки шестерни — назначение и механическая конфигурация.
Шестерня в прокатном стане выполняет особую функцию, отличающую ее от стандартного редуктора: она принимает один входной вал двигателя и равномерно распределяет крутящий момент между двумя выходными валами — шпинделями, приводящими в движение верхний и нижний рабочие валы прокатного стана. В большинстве прокатных станов горячей прокатки полосы и листового металла шестерня работает с передаточным отношением 1:1 — оба выходных вала вращаются с той же скоростью, что и входной, поддерживая синхронизированную скорость поверхности валков. Снижение скорости от скорости двигателя до скорости прокатки осуществляется отдельным главным редуктором, расположенным перед шестерней.
Одна входная косозубая шестерня (приводимая в движение двигателем через главный редуктор) зацепляется с двумя одинаковыми выходными косозубыми шестернями того же диаметра. Две выходные шестерни приводят в движение верхний и нижний шпиндели роликов. Передаточное отношение 1:1 означает, что все три шестерни в стойке шестерни имеют одинаковое количество зубьев — входная шестерня расположена между двумя выходными шестернями, как правило, с одинаковой осевой симметрией для балансировки нагрузок на подшипники.
Два последовательно соединенных тандемных зубчатых механизма, каждый с передаточным отношением 1:1, позволяют приводить в движение 4-валковый прокатный стан (опорные валки + рабочие валки) от одной пары двигателей. Двойной зубчатый механизм содержит четыре одинаковых косозубых шестерни, и перед сборкой необходимо проверить согласование зазоров между всеми четырьмя — сложное требование к согласованию комплекта, аналогичное согласованию двойных косозубых шестерен (статья 55).
Ударная нагрузка — определяющее событие нагрузки для косозубых шестерен в опоре шестерни.
Наиболее серьезное механическое воздействие в валковой ступице прокатного стана происходит, когда передняя кромка горячей стальной заготовки, сляба или полосы впервые соприкасается с вращающимися рабочими валками — это так называемый «зацеп». В момент зацепления зазор между валками должен быть сжат, чтобы начать пластическую деформацию заготовки, что требует внезапного и значительного увеличения крутящего момента валков выше установившегося крутящего момента прокатки:
Коэффициент ударного воздействия (отношение пикового крутящего момента к установившемуся крутящему моменту):
Черновая обработка (первое обжатие, толщина плиты ≥ 100 мм): T_bite/T_roll = 1,8–3,0
Промежуточный уровень (умеренное снижение): T_bite/T_roll = 1,4–2,0
Финишная стойка (тонкая полоса, плавный вход): T_bite/T_roll = 1,1–1,5
Длительность: обычно 0,05–0,20 секунды (время, за которое передняя кромка проходит через...).
(Зазор между валками и крутящий момент качения для стабилизации на постоянном значении качения)
Частота: 60–180 событий захвата в час при непрерывной работе прокатного стана для черновой прокатки горячих полос.
Ударная нагрузка передается непосредственно через стойку шестерни. косозубая передача В отличие от приводов резиносмесителей (Art64), где гидравлическая муфта частично ограничивает пиковое значение при запуске, в валках прокатных станов имеется жесткая приводная система от двигателя к валкам. Динамика кручения приводной системы между двигателем и шпинделем рабочего валка преобразует момент зацепления в затухающие колебания — пик крутящего момента зацепления распространяется обратно через шпиндель, косозубые шестерни вала, главный редуктор и двигатель, возбуждая крутильные режимы всей механической системы.
Втулочные подшипники с масляной смазкой — почему они меняют технические характеристики косозубых шестерен.
Подставка для шестерни большого модуля косозубая передача — M32, индукционно закаленная сталь 42CrMo4, установлена на подшипниках скольжения с масляной пленкой (гидродинамических втулках). Подшипник скольжения поддерживает всю силу разделения валков (до 5000–15000 кН на станах для прокатки тяжелых листовых материалов) и должен сохранять целостность масляной пленки при всех скоростях прокатки, включая короткий период низкой скорости в начале и конце прокатки каждого прокатанного изделия.
Ограничение минимальной скорости вращения подшипников скольжения с масляной пленкой.
Втулочные подшипники с масляной пленкой в ступицах шестерен являются гидродинамическими — масляная пленка образуется за счет вращения вала внутри подшипника. При скорости вращения ниже минимальной скорости вала (обычно 0,3–0,8 м/с на шейке) масляная пленка разрушается, и в подшипнике происходит контакт металла с металлом. Это ограничение минимальной скорости имеет прямые последствия для ступицы шестерен. косозубая передачаПрокатный стан не может работать ниже минимальной скорости вращения валков, и прокатка не должна останавливаться, когда заготовка находится в зазоре (это приведет к тому, что подшипник будет работать всухую под действием силы разделения валков). Низкоскоростное вдавливание — когда скорость вращения валков снижается, чтобы обеспечить плавное вдавливание заготовки — ограничено минимальной скоростью масляной пленки, что создает минимальную скорость вдавливания, которая влияет на график прокатки и диапазон толщины продукции, которую может производить прокатный стан.
Распределение нагрузки на подшипники и нагрузка на зубья шестерни
В отличие от подшипников качения (которые можно предварительно нагрузить до нулевого зазора), подшипники скольжения с масляной пленкой имеют конечный рабочий зазор (обычно 0,05–0,20 мм по радиусу). Этот зазор означает, что вал входной шестерни может прогибаться внутри подшипника, изменяя межосевое расстояние между входом и выходом. косозубые шестерни при различных нагрузках на зубья. Компания Korea Ever-Power указывает на необходимость наличия корончатого сужения на зубьях косозубых шестерен (C_β = 20–50 мкм, см. ст. 46) специально для компенсации этого зависящего от нагрузки прогиба вала в зазоре подшипника втулки — обеспечивая достаточный контакт торцов при наибольшей ударной нагрузке без концентрации на кромках, которая могла бы вызвать преждевременное разрушение корпуса на торцах.
Выбор материала и модуля для косозубых шестерен на стенде для шестерен
| Тип мельницы | Модуль Мн | Ширина лица b | Материал | Термическая обработка | Типичный выходной крутящий момент |
|---|---|---|---|---|---|
| Станок для финишной обработки горячей полосы | М20–М30 | 300–500 мм | 17CrNiMo6 | Цементированная сталь HRC 58–62 | 500 000–2 000 000 Н·м на опору |
| Стенд для черновой обработки горячей полосы | М32–М50 | 500–800 мм | 42CrMo4 или 17CrNiMo6 | Индукционная твердость по Роквеллу 50–55 или цементированная | 1 000 000–5 000 000 Н·м на опору |
| Листопрокатный стан (односекционный) | М40–М60 | 600–1000 мм | 42CrMo4 | Индукционная HRC 50–55 | 2 000 000–10 000 000 Н·м |
| Прутковый прокатный стан (малая секция) | М16–М24 | 200–400 мм | 17CrNiMo6 | Цементированная сталь HRC 58–62 | 50 000–500 000 Н·м |
Подставка для шестерни листогибочного стана косозубые шестерни В стали M40–M60 диаметр заготовки 1500–2500 мм превышает глубину закаливаемости любой цементируемой стали — 17CrNiMo6 надежно цементируется насквозь на участках диаметром до приблизительно 500 мм. В стали M50 с z = 25 диаметр шага составляет приблизительно 1330 мм, а диаметр заготовки — приблизительно 1400–1500 мм. Для такого размера сечения единственным практически осуществимым методом термообработки является индукционная закалка 42CrMo4 (закалка только поверхности зуба, оставляя сердцевину при температуре закалки 280–320 °C). Достигнутое предельное значение σ_H (820–950 МПа) ниже, чем у цементированного металла (1600–1800 МПа), но статическая прочность на изгиб при ударных нагрузках фактически сохраняется лучше, поскольку более прочный сердечник QT более эффективно противодействует распространению трещин от ударных нагрузок, чем цементированный слой с относительно хрупкой высокоуглеродистой поверхностью.
Универсальное соединение шпинделя — интерфейс между стойкой шестерни и рабочим витком
Выходные валы ведущей шестерни соединяются с шейками рабочих валов посредством карданных валов (также называемых карданными валами или зубчатыми валами) — гибких муфт, компенсирующих угловое смещение между осевой линией выходного вала ведущей шестерни и осевой линией шейки валка, которое изменяется в зависимости от ширины зазора между валами для различной толщины изделия. Карданный вал передает на рабочий вал как крутящий момент, так и ударную нагрузку, допуская при этом угловое отклонение ±3–15°. Ведущую шестерню поставляет компания Korea Ever-Power. косозубая передача Комплект деталей был проверен и согласован с размерами универсального фланцевого соединения шпинделя, при этом перед началом производства было подтверждено, что диаметр выходного вала и окружность расположения болтов фланца соответствуют спецификации шпинделя заказчика.
Korea Ever-Power — Поставка зубчатых передач для прокатных станов
Компания Korea EverPower производит и проводит окончательную проверку станины шестерни прокатного стана. косозубая передача — M32, ширина рабочей поверхности 600 мм, 42CrMo4, индукционная закалка, твердость по Роквеллу 52. Коэффициент ударной нагрузки (KA_eff = 2,5 для данного чернового стана) и выпуклость прижимной силы (C_β = 35 мкм для компенсации прогиба подшипника скольжения) подтверждены в документации заказа.
Компания Korea Ever-Power производит косозубые шестерни Для валов прокатных станов с зубчатыми колесами от M16 до M50, шириной рабочей поверхности 200–1000 мм, из цементированной стали 17CrNiMo6 (M16–M32) и индукционно закаленной стали 42CrMo4 (M32–M50+). Коэффициент ударной нагрузки, характеристики прогиба и проверка статического изгиба при пиковом крутящем моменте нагрузки включены в стандартную документацию заказа. В качестве прямого производитель косозубых передачКомпания Korea Ever-Power также производит полный комплект (входная шестерня + две выходные шестерни) с проверенными измерениями на анализаторе зубчатых передач и подтвержденным соответствием всех трех шестерен — что крайне важно для сбалансированного распределения нагрузки. Подробнее см. Ассортимент продукции с косозубыми шестернями для прокатных станов и тяжелой промышленности.
Часто задаваемые вопросы
При крутящем моменте M32–M50 и скоростях вращения валов 0,5–10 м/с (по прямой линии) прямозубая шестерня будет иметь ε_α = 1,2–1,6 (коэффициент поперечного контакта) — это означает, что каждая пара зубьев кратковременно принимает на себя полный крутящий момент в одиночку при переходах между контактом одной пары и контактом двух пар. Для чернового стана, передающего 2 000 000 Н·м с ударной нагрузкой, в 2,5 раза превышающей номинальную, мгновенная сила на зубьях при контакте одной пары будет огромной. косозубая передача При β = 15–20° и ширине торца 600 мм достигается ε_β = 1,0–1,3 в дополнение к ε_α, поэтому ни один момент в цикле зацепления не воспринимается одновременно меньшим количеством зубьев, чем эквивалентное ε_α + ε_β пар. Именно такое распределение нагрузки объясняет косозубые шестерни В современных станах прокатки вместо прямозубых шестерен во всех станах с шестернями используются более плавные передачи, что значительно снижает усиление ударной нагрузки и возбуждение крутильного резонанса, вызывающего повреждение трансмиссии.
Высококачественная шестерня из стали 42CrMo4 с индукционной закалкой (M40, HRC 52), используемая в непрерывном производстве горячекатаной полосы со скоростью 120 циклов захвата в час, обеспечивает срок службы приблизительно 5–10 лет до того, как износ зубьев или усталость потребуют замены. Основной механизм износа — абразивный износ от частиц оксидной и окалины, которые попадают в корпус шестерни (несмотря на герметичность корпуса) и загрязняют трансмиссионное масло. Шестерня из стали 17CrNiMo6 с цементацией. косозубые шестерни (в меньших модулях M16–M24 для чистовых станков) обычно обеспечивают 8–15 лет службы при правильной смазке. Ударное повреждение зуба (усталость от изгиба корня зуба вследствие циклических перегрузок) является доминирующим механизмом усталости, а не усталость от контакта Герца — именно поэтому статическая проверка на изгиб при моменте смыкания определяет работу станка шестерни. косозубая передача Технические характеристики превосходят проверку на усталостное контактное напряжение при номинальном крутящем моменте качения.
Да — компания Korea EverPower поставляет подставки для шестерен. косозубая передача Комплекты (все три или четыре шестерни) представляют собой согласованный набор с подтвержденной непрерывностью шага между всеми зацеплениями. Согласование имеет значение, потому что: (1) если две выходные шестерни имеют немного разные ошибки шага относительно входной шестерни, один ролик вращается немного быстрее другого, вызывая перекос при перекрещивании роликов, который скручивает заготовку в зазоре между роликами, создавая дефект формы; (2) две выходные шестерни должны иметь одинаковую толщину зубьев (равный люфт с входной шестерней), чтобы обеспечить равномерное распределение крутящего момента — несогласованный комплект передает пропорционально больший крутящий момент через более плотное зацепление, перегружая одну шестерню. Компания Korea Ever-Power измеряет все шестерни в комплекте на стенде для шестерен на одном и том же анализаторе зубчатых передач и документирует фазировку шага и люфт для каждой пары перед отгрузкой.
В станинах для валков прокатных станов используется система циркуляционной смазки маслом (а не разбрызгивание или масляная ванна) — масло перекачивается из центрального резервуара со скоростью приблизительно 3–10 л/мин на каждое зацепление зубьев, фильтруется до размера частиц 10–25 мкм и впрыскивается через форсунки, направленные в зону входа зубьев в зацепление. Та же система смазки обычно используется и для станины для валков прокатных станов. косозубые шестерни, муфты шпинделя и подшипники скольжения. Марка масла: стандартным для большинства применений в станах прокатки является минеральное редукторное масло ISO VG 220–320 с противоизносными и противопенными присадками. При обработке высокопрочных сталей (которые создают более высокие пиковые значения ударной нагрузки) используются составы для тяжелых условий эксплуатации с улучшенными противоизносными свойствами. Контроль температуры масла важен — температура масла должна быть выше 30–35 °C на фильтре и насосе для обеспечения достаточного расхода, но ниже 55–60 °C в месте зацепления шестерен для поддержания достаточной толщины эластогидродинамической пленки.
Запрос информации о комплекте косозубых шестерен для прокатного стана.
Укажите тип вашей прокатной становки, модуль, скорость вращения валков, момент вальцовки и известные данные об ударных нагрузках. Компания Korea Ever-Power рассчитает эффективный коэффициент запаса прочности, подтвердит материал и термообработку, а также предоставит полный комплект, включающий документацию анализатора зубчатых передач и сертификат соответствия.
Ассортимент продукции с косозубыми шестернями
M16–M50 · Комплект (3 или 4 шестерни) · Индукционная обработка 42CrMo4 · Цементация 17CrNiMo6 · Ударопрочный KA_eff · Свинцовая коронка · Минимальный заказ: 1 комплект
Редактор: Cxm
