卷取機減速器的設計概述

趙立明 王瑞

摘要：介紹一種重卷機組卷取機減速器的主要性能參數和結構形式，提出該類減速器的設計要領和技術要點，探討優化設計的方法和手段，為改進創新提供參考。

關鍵詞：卷取機；齒輪箱；設計

引言

鋁板帶重卷機組是用于成品鋁卷材的縱向切邊及重卷的設備系統。其整個機列由多個相互關聯的單元組成，共同完成生產任務，卷取機組是其中的一個關鍵單元。該單元將成品帶材進行卷取，并在重卷過程產生前張力，使軋制完的帶材卷緊、卷齊。其組成主要包括高強度的漲縮卷筒、活動支撐、立式或臥式減速器、推料板、漲縮油缸及傳動部分。下圖是一種卷取機立式硬齒面減速器的結構形式。本文以該減速器的主要性能參數和結構形式展開設計討論，為感興趣的設計者進一步優化設計和創新提供一點思路。

1.減速器簡介

該結構形式的卷取機減速器，動力由安裝在減速器箱體上的Z4型直流電機輸入，經兩級斜齒輪傳動，輸出扭矩傳遞至低速輸出軸，低速軸帶動與其聯接為一體的卷筒轉動，卷取成品帶材。根據生產工藝要求，減速器的傳動比通常設計為兩擋，即高速擋和低速擋，根據卷材不同厚度范圍使用不同的速比擋。該減速器要具有比較高的安全性，一旦失效，會引起機組、生產線或全廠停產。目前，這種類型的減速器，在涿神有色金屬加工專用設備有限公司生產的重卷機上很常用，諸如1550、1850、1900型，使用效果非常良好。國內一些有實力的減速器制造公司，已經能夠設計和制造這種與國際先進水平媲美的同類機型。

2.減速器設計

以某型號卷取機減速器設計為例，探討設計的方法和手段。設計的主要條件為：立式結構，兩級傳動，可高低速換擋，高速擋i=7.027，低速擋i=14.29，電機輸入功率P=DC180KW，轉速n=450/1500r/min，最小輸入扭矩Tmin=1146N.m，最大輸入扭矩Tmax=3820N.m，過載能力為200%，齒輪及軸承設計壽命為10年。

2.1 設計內容

（1）采用硬齒面齒輪傳動，齒輪精度等級為6級，材質20CrMnMo，滲碳淬火+磨齒加工，齒輪進行齒廓和齒向修行。按滿足齒輪最小彎曲強度SFmin=1.6和最小接觸強度SHmin=1.25要求，確定減速器的中心距、模數，按各級傳動承載能力大致相等分配傳動比，得到如下結果：高速級/低速級中心距分別為450mm和630mm，模數分別為8mm和12mm，傳動比高速擋i=64/45×84/17=7.027，低速擋 i=81/28×84/17=14.29。通過計算軟件，還可以對以上參數繼續優化。

（2）兩擋速比通過花鍵聯軸器和換擋機構實現。具體作法是，將高速級的兩個大齒輪一端分別加工出外花鍵（m=6，z=60），裝配位置呈相對方向，在兩大齒輪之間的中間軸上裝配有內外花鍵副（m=6，z=60），外花鍵靠平鍵固定在軸上，內花鍵套在外花鍵上可左右自由移動，通過減速器設置的換擋機構，在高速與低速之間實現轉換。內花鍵套由換擋機構的撥動手柄進行位置固定。撥動手柄轉過的弧線位移等于內花鍵套平移的距離。為了使花鍵副平滑對接嚙入，要對兩個大齒輪的花鍵齒部倒圓和倒角，且外齒齒部每隔一齒，在結合端齒寬上少1mm。換擋動作可通過手動機構或液壓缸方式完成。

（3）箱體設計。箱體設計為立式安裝形式，采用焊接機構，強度和剛度充足，中箱體和下箱體承擔安裝電機、制動器和輸出大軸的功能。根據需要，下箱體底部設置了防滑筋板，結合面設置了水平安裝基面，整機起吊吊耳沿低速軸方向設置，分布于下箱體四角。

（4）復雜的潤滑系統。減速器的稀油潤滑系統由總管路、支管路和分支管路組成。經冷卻的潤滑油由總管路進入，到達各個軸承的潤滑點和齒輪副嚙合區進行潤滑，并帶走產生的熱量，然后匯集到箱體內，從箱體的回油法蘭再回到外圍的潤滑站，循環流動。每個分支管路中都設置截止閥、油流指示器，通過指示器觀察進油量大小并作出調節。潤滑是否充分，將決定齒輪和軸承的使用壽命，因此潤滑系統的設計須確保管路油流通暢。

（5）低速輸出軸。低速軸一端聯接漲縮卷筒，另一端聯接旋轉油缸。整個大軸由兩盤高承載力的大型雙列圓錐滾子軸承支承，支點跨距較大，受力狀況合理。選擇軸承，計算軸承壽命是大軸設計的關鍵步驟。

2.2技術要點

（1）滾動軸承在換擋中的運用。減速器中間軸設計了兩套齒輪和三套花鍵副，花鍵副起傳遞不同速比的扭矩作用。當變換到高速檔或低速檔后，余下的一檔齒輪副就不參與傳遞動力，跟著空轉，用一對滾動軸承支承大齒輪，以達到傳動分開的目的。

（2）立體化的傳動機構形式。與臥式結構相比，本例的結構大大節省了平面布置的面積，開拓了空間利用，將電機、制動器與減速器集成為一體，符合當前減速器設計發展的趨勢。

（3）密封和回油結構設計。在每個軸承孔下方，鉆出兩排或三排孔，通向箱體內部，潤滑軸承的油，在此形成不了渦流，快速流向箱體內，并使軸承迅速降溫。輸入軸和輸出軸，采用兩道密封措施，即機械迷宮密封和骨架油封密封。對于強制潤滑，采取這樣的設計，防漏效果非常好。

3.結論

卷取機立式硬齒面減速器，設計構思巧妙，在傳動方面，集合了雙速比與換擋機構功能；在安裝方面，箱體特殊的結構承擔了多種功能；潤滑與密封方面，采用了新結構和新措施。該減速器的優秀設計理念，對其它減速器的設計創新具有很高的借鑒價值。

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