小齿轮架结构——用途和机械配置
轧机中的齿轮箱具有区别于标准减速齿轮箱的特殊功能：它接收来自电机的单根输入轴，并将扭矩平均分配给两根输出轴——驱动轧机上下工作辊的主轴。在大多数热轧带钢和板材轧机中，齿轮箱的传动比为1:1——两个输出轴的转速与输入轴相同，从而保持轧辊表面速度同步。电机转速到轧制转速的减速由位于齿轮箱上游的独立主驱动减速器完成。
一个输入螺旋齿轮（由电机通过主减速器驱动）与两个直径相同的输出螺旋齿轮啮合。这两个输出齿轮驱动上下轧辊主轴。1:1 的传动比意味着小齿轮组中的三个齿轮齿数相同——输入小齿轮位于两个输出齿轮之间，通常具有相同的轴对称性，以平衡轴承载荷。
两组串联的齿轮传动装置，传动比均为1:1，使得一台四辊轧机（支撑辊+工作辊）可由一对电机驱动。该双齿轮传动装置包含四个相同的螺旋齿轮，装配前必须验证所有四个齿轮之间的齿隙匹配——这是一项复杂的匹配要求，类似于双螺旋齿轮的匹配（Art55）。
咬合冲击——小齿轮架螺旋齿轮的关键载荷事件
轧机齿轮架中最剧烈的机械事件发生在热钢坯、板坯或带钢的前缘首次接触旋转工作辊时——即“咬合”事件。在咬合瞬间，辊隙必须被压缩才能使工件开始塑性变形，这就需要辊扭矩突然大幅增加，超过稳态轧制扭矩：
咬合冲击系数（峰值扭矩与稳定扭矩之比）：
粗轧机架（第一道工序，厚板≥100mm）：T_bite/T_roll = 1.8–3.0
中等强度试验（中等减量）：T_bite/T_roll = 1.4–2.0
精加工支架（薄条，光滑入口）：T_bite/T_roll = 1.1–1.5
持续时间：通常为 0.05–0.20 秒（前缘通过所需时间）
轧辊间隙和轧制扭矩稳定在稳定的轧制值）
频率：在连续运行的热轧粗轧机中，每小时发生 60–180 次切削事件
咬合冲击直接通过小齿轮支架传递。 螺旋齿轮 与橡胶混炼机驱动装置（Art64）不同，轧机齿轮架没有任何机械衰减装置——橡胶混炼机驱动装置通过液力耦合器部分限制启动峰值——轧机齿轮架从电机到轧辊的传动系统是刚性的。电机和工作辊主轴之间的传动系统的扭转动力学将咬合事件转化为阻尼振荡——咬合扭矩峰值通过主轴、齿轮架螺旋齿轮、主减速器和电机反向传播，激发整个机械系统的扭转模态。
油膜滑动轴承——为何它们会改变螺旋齿轮的规格
大模数齿轮架 螺旋齿轮 — M32，42CrMo4 感应淬火钢轴，安装在油膜（流体动压滑动）轴承上。滑动轴承承受整个轧辊分离力（在厚板轧机中可达 5,000–15,000 kN），并且必须在所有轧制速度下保持油膜完整性，包括每块轧制件开始和结束时的短暂低速阶段。
油膜轴承的最低速度限制
小齿轮架中的油膜滑动轴承属于流体动压轴承——油膜由轴承内轴的旋转产生。当轴表面速度低于某一最小值（通常为轴颈处 0.3–0.8 m/s）时，油膜会破裂，轴承内发生金属与金属的直接接触。这一最小速度限制对小齿轮架的性能有着直接的影响。 螺旋齿轮轧机不能低于最低轧辊速度运行，且轧制过程中工件不得在辊隙中停止（否则会导致轴承在轧辊分离力的作用下空转）。低速切辊（即降低轧辊速度以使工件平稳进入轧辊）受最低油膜速度的限制，从而形成最低切辊速度，该速度会影响轧制计划和轧机可生产的产品厚度范围。
轴承载荷分布和齿轮齿载荷
与滚动轴承（可预紧至零间隙）不同，油膜滑动轴承具有有限的运行间隙（通常为径向 0.05–0.20 mm）。该间隙意味着输入小齿轮轴在其轴承内会发生挠曲，从而改变输入轴和输出轴之间的中心距。 螺旋齿轮 在不同的咬合载荷下，韩国永力动力公司专门规定小齿轮架螺旋齿轮齿面采用导齿冠（C_β = 20–50 µm，参见第46条），以补偿轴套轴承间隙内随载荷变化的挠度——在最严重的咬合冲击载荷下保持足够的端面接触，避免边缘集中导致端面过早压碎。
小齿轮架斜齿轮的材料和模数选择
| 铣床类型 | 模块 Mn | 面宽 b | 材料 | 热处理 | 典型输出扭矩 |
|---|---|---|---|---|---|
| 热条精整支架 | M20–M30 | 300–500 毫米 | 17CrNiMo6 | 渗碳 HRC 58–62 | 每立柱500,000–2,000,000 N·m |
| 热轧带粗加工支架 | M32–M50 | 500–800 毫米 | 42CrMo4 或 17CrNiMo6 | 感应 HRC 50–55 或渗碳 | 每架1,000,000–5,000,000 N·m |
| 单机架板材轧机 | M40–M60 | 600–1,000 毫米 | 42CrMo4 | 诱导HRC 50–55 | 2,000,000–10,000,000 N·m |
| 棒材轧机（小部分） | M16–M24 | 200–400 毫米 | 17CrNiMo6 | 渗碳 HRC 58–62 | 50,000–500,000 N·m |
用于板铣小齿轮支架 螺旋齿轮 在 M40–M60 规格中，坯料截面直径为 1500–2500 mm，超过了任何渗碳钢的淬透深度——17CrNiMo6 钢可以可靠地渗碳至直径约 500 mm 的截面。在 M50 规格且 z = 25 时，节圆直径约为 1330 mm，坯料直径约为 1400–1500 mm。对于这种截面尺寸，唯一可行的热处理方法就是采用 42CrMo4 钢进行感应淬火（仅淬硬齿面，芯部保持 QT HB 280–320 硬度）。 σ_H lim 达到的程度 (820–950 MPa) 低于渗碳层 (1,600–1,800 MPa)，但由于更坚韧的 QT 芯比具有相对较脆的高碳表面的渗碳层更能有效地抵抗咬合冲击引起的裂纹扩展，因此在咬合冲击扭矩下的静态弯曲强度实际上保持得更好。
通用主轴连接——小齿轮架与工作辊之间的接口
小齿轮架的输出轴通过万向节轴（也称卡丹轴或齿轮轴）与工作辊颈部连接——这种柔性联轴器能够补偿小齿轮架输出轴中心线与辊颈部中心线之间的角度偏差，该偏差会随着不同厚度产品辊隙的变化而变化。万向节轴将轧制扭矩和咬合冲击传递至工作辊，并允许±3°至15°的角度偏差。小齿轮架由韩国永力动力公司（Korea Ever-Power）供应。 螺旋齿轮 设定尺寸并清理通用主轴法兰连接尺寸，确认输出轴直径和法兰螺栓圆与客户的主轴规格相符，然后再进行生产。
韩国永力——轧机小齿轮架螺旋齿轮供应
韩国永动力公司对轧机小齿轮支架进行制造和最终检验 螺旋齿轮 — M32，端面宽度 600 毫米，42CrMo4 合金，感应淬火，硬度 HRC 52。咬合冲击系数（该粗加工机架的 KA_eff = 2.5）和导程圆角（滑动轴承挠度补偿的 C_β = 35 微米）均已在订单文件中确认。
韩国永力公司 斜齿轮 适用于轧机小齿轮齿条，齿宽范围为 M16 至 M50，齿宽为 200–1000 mm，材质为 17CrNiMo6 渗碳钢（M16–M32）和 42CrMo4 感应淬火钢（M32–M50+）。咬合冲击系数、导程齿冠规格以及咬合峰值扭矩下的静态弯曲检验均作为标准配置包含在订单文件中。 螺旋齿轮制造商韩国Ever-Power公司也生产完整的匹配齿轮组（输入小齿轮+两个输出小齿轮），并经过齿轮分析仪的验证测量，确认三个齿轮之间的匹配度——这对于均衡负载分配至关重要。浏览 螺旋齿轮产品系列 适用于轧钢厂和重工业应用。
常见问题解答
在 M32–M50 齿数和 0.5–10 m/s 节线速度的滚动速度下，正齿轮的 ε_α 为 1.2–1.6（横向接触比）——这意味着在单副接触和双副接触之间的转换过程中，每个齿对会短暂地独自承受全部扭矩。对于一台传递 2,000,000 N·m 扭矩且咬合冲击为额定值 2.5 倍的粗加工机架，单副接触时的瞬时齿力将非常巨大。 螺旋齿轮 当β=15–20°且齿宽为600mm时，除了ε_α之外，ε_β还能达到1.0–1.3，因此在啮合周期中，任何力矩都不会少于ε_α+ε_β齿对同时承受的力矩。这种载荷分担机制正是…… 螺旋齿轮 在所有现代轧机小齿轮架中，都已用齿轮取代了正齿轮：更平滑的力过渡显著降低了咬合冲击放大和导致传动系统损坏的扭转共振激励。
在连续热轧带钢生产中，规格合适的42CrMo4感应淬硬粗轧机小齿轮（M40，HRC 52）以每小时120次的咬合频率运行，在齿轮磨损或疲劳需要更换之前，大约可以使用5-10年。主要的磨损机制是氧化皮和轧钢皮颗粒的磨粒磨损，这些颗粒会进入小齿轮机架壳体（即使壳体是密封的），并污染齿轮油。17CrNiMo6渗碳小齿轮机架 螺旋齿轮 （在较小的模块 M16–M24 中，用于精加工机架）在正确润滑的情况下通常可使用寿命为 8–15 年。咬合冲击损伤（由循环过载事件引起的齿根弯曲疲劳）是主要的疲劳机制，而非赫兹接触疲劳——这就是为什么咬合扭矩下的静态弯曲验算决定了小齿轮机架的性能。 螺旋齿轮 规范要求高于额定滚动扭矩下的疲劳接触应力检查。
是的——韩国永动力公司供应小齿轮支架 螺旋齿轮 所有齿轮组（三到四个齿轮）必须匹配，且所有啮合齿之间的节距连续性均已确认。匹配至关重要，原因如下：(1) 如果两个输出齿轮相对于输入小齿轮的节距误差略有不同，则其中一个齿轮的转速会略快于另一个，导致交叉齿轮偏斜，进而使工件在轧制间隙中发生扭曲，造成形状缺陷；(2) 两个输出齿轮的齿厚必须匹配（与输入小齿轮的齿隙相等），以确保扭矩分配均匀——不匹配的齿轮组会通过更紧密的啮合传递更多扭矩，导致其中一个齿轮过载。韩国永力动力公司使用同一台齿轮分析仪上的齿轮架测量所有齿轮，并在发货前记录每对齿轮的节距相位和齿隙。
轧机小齿轮架采用循环油润滑系统（而非飞溅式或油浴式）——润滑油从中央油箱以每齿轮啮合约 3–10 升/分钟的流量泵出，经 10–25 微米的滤芯过滤后，通过喷嘴喷射到齿轮啮合入口区域。小齿轮架通常使用同一油路。 螺旋齿轮主轴联轴器和滑动轴承。油品等级：ISO VG 220–320 矿物齿轮油，添加抗磨和消泡剂，是大多数轧机小齿轮机架应用的标准配置。当轧机加工高强度钢（产生更高的咬合冲击峰值）时，则应使用抗磨性能更强的重负荷配方。油温控制至关重要——为保持足够的流量，油温在过滤器和泵处必须高于 30–35°C，但在齿轮啮合处必须低于 55–60°C，以保持足够的 EHL 油膜厚度。
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编辑：Cxm
