본 논문에서는 높은 하중 지지력, 전달 효율 및 신뢰성이 요구되는 볼밀 기어박스의 기능과 구조를 자세히 설명합니다. 또한 볼밀의 고하중 및 연속 운전 요건을 충족하기 위해 하우징, 기어 및 샤프트의 제조 공정, 조립 절차, 그리고 원자재부터 완제품까지의 전 공정 검사에 대해서도 다룹니다.
볼밀 기어박스는 볼밀의 전송 시스템의 핵심 구성 요소이며 주요 기능은 다음과 같습니다. 볼밀 실린더에 필요한 저속(일반적으로 15~30rpm)으로 모터의 고속을 변환하면서 토크를 증폭합니다.재료 분쇄 시 실린더의 안정적인 회전을 보장합니다. 볼 밀은 고하중, 먼지가 많고 연속 운전 환경(종종 24시간 연중무휴)에서 작동하므로 기어박스는 다음 요건을 충족해야 합니다.
높은 하중 지지력: 실린더, 분쇄 매체 및 재료의 총 중량(수십 톤에서 수백 톤에 달함)을 견뎌낼 수 있고 충격 하중(예: 불균일한 공급으로 인한 일시적인 과부하)을 견딜 수 있습니다.
높은 전송 효율: 일반적으로 에너지 손실을 최소화하기 위해 ≥90%의 효율성이 필요합니다.
높은 신뢰성: 취약한 부품(예: 기어, 베어링)의 수명이 볼밀과 동일한 장기 연속 작동을 위해 설계되었습니다(일반적으로 주요 점검 없이 10,000시간 이상).
일반적인 구조적 구성 요소:
하우징(주조 또는 용접, 내부 부품 지지)
기어 트레인(입력 샤프트 기어, 중간 샤프트 기어, 출력 샤프트 기어, 대부분 하드페이스 원통형 또는 베벨 기어, 변속비에 따라 단계가 결정됨)
샤프팅(입력 샤프트, 중간 샤프트, 출력 샤프트, 일반적으로 40Cr 또는 42CrMo로 만들어짐)
베어링(대부분 구면 롤러 베어링 또는 원추 롤러 베어링, 반경 방향 및 축 방향 하중을 받음)
씰(프레임워크 오일 씰, O-링 등, 윤활유 누출 및 먼지 유입 방지)
윤활 시스템(오일 섬프 윤활 또는 강제 윤활; 대형 기어박스에는 오일 펌프와 쿨러가 포함될 수 있음).
2세. 볼밀 기어박스 제조 공정
구조적 복잡성, 재료 요구 사항 및 성능 지표에 맞춰 조정된 제조 공정에는 핵심 단계 4개가 포함됩니다. 하우징 제조, 기어 가공, 샤프팅 가공 및 조립.
(A) 주택 제조 공정
기어박스의 프레임인 하우징은 높은 강성과 치수 정확도를 요구합니다. 일반적인 재료는 다음과 같습니다. 회주철(HT300) (소형에서 중형 기어박스용) 또는 용접 구조용 강재(Q355B) (대형 기어박스의 경우, 무게 ≥5톤).
(B) 기어 가공 공정 (경화 원통 기어, 20CrMnTi 예시)
기어는 핵심적인 변속 구성 요소로, 고정밀 톱니 모양과 내마모성이 요구됩니다.
공백 준비:
단조: 금형 단조(단조 허용오차 5-8mm) 후 정규화(860-880℃에서 2시간, 공랭)를 통해 단조 응력을 제거하고 경도를 180-220HBW로 조절합니다.
검사: 내부 결함(균열, 수축 공동 없음)에 대한 유타, 표면 결함에 대한 산.
거친 가공:
선삭: 외경, 단면, 내부 구멍의 CNC 선반 가공(2-3mm의 마무리 여유 남겨두기)으로 기준 수직도 ≤0.02mm/100mm를 보장합니다.
치아 블랭크 가공:
호빙: 기어 호빙으로 톱니 모양을 가공(0.3-0.5mm 연삭 여유 남겨두기)하며, 누적 피치 오차는 ≤0.1mm, 나선 오차는 ≤0.05mm/100mm입니다.
챔퍼링: 열처리 중 균열을 방지하기 위해 톱니 끝의 버를 제거하는 작업입니다.
열처리:
침탄 및 담금질: 920~940℃에서 침탄(침강 깊이 1.2~2.0mm, 모듈로 조정), 850℃에서 담금질(유냉), 200~220℃에서 저온 템퍼링. 표면 경도 58~62HRC, 심부 경도 30~45HRC.
교정: 허용 오차(반경 방향 흔들림 쉿0.1mm)를 초과하는 변형에 대한 압력 교정으로 충격을 방지합니다.
마무리 가공:
내부/외부 연삭: 치아 표면을 기준점으로(또는 전용 맨드럴) 내부 구멍이나 외부 원을 연삭하는 작업으로, 진원도는 ≤0.005mm, 원통도는 ≤0.01mm/100mm입니다.
기어 연삭: CNC 형상 연삭 또는 웜 연삭을 통해 영국/T 10095.1-2008 6등급 치형 정확도, 나선 정확도 6등급, 표면 거칠기 라≤0.8μm를 달성합니다.
호닝(옵션): 고속 기어의 경우 표면 거칠기를 라≤0.4μm로 줄이고 맞물림 소음을 최소화하기 위한 호닝입니다.
(C) 샤프팅 가공 공정 (출력 샤프트, 42CrMo 예시)
샤프트는 기어로부터 토크와 반경방향 하중을 받습니다.
공백 준비:
단조: 자유단조 또는 다이단조(길이-직경 비율 쉬쉬5) 후 정규화(850-870℃에서 2시간, 공랭)하여 경도를 180-220HBW로 제어합니다.
검사: 내부 결함은 UT로 검사하고, 표면 결함은 MT로 검사합니다.
거친 가공:
선반 가공: CNC 선반으로 계단, 단면, 중심 구멍을 가공합니다(2~3mm의 마무리 여유를 둡니다).
연삭: 베어링 및 기어 맞물림 표면의 원통 연삭(진원도 ≤0.003mm, 원통도 ≤0.005mm/100mm, 표면 거칠기 라≤0.8μm)
나사 연삭(고정밀 나사산용): 나사산 정확도 6g 및 표면 거칠기 라≤1.6μm를 보장합니다.
(D) 조립 공정
조립은 위치 정확도와 전송 안정성을 보장합니다.
부품 세척 및 전처리:
모든 부품은 등유로 세척(오일 및 이물질 제거)을 실시하고, 베어링과 씰은 전용 세척제로 세척하고, 건조시킨 후 방청유를 도포합니다.
부품 맞춤 확인(예: 베어링 및 샤프트의 간섭 맞춤 H7/k6, 클리어런스 맞춤 H7/g6).
샤프팅 어셈블리:
압입 베어링: 베어링을 80~100℃로 가열하여 저널에 압입하고 망치질을 방지합니다.
기어-축 조립: 간섭 끼워맞춤은 열간 끼워맞춤(기어를 120~150℃로 가열) 또는 냉간 끼워맞춤(축을 액체 질소로 냉각)을 사용합니다. 조립 후 동축성 검사(반경 방향 흔들림 ≤0.02mm)를 실시합니다.
하우징 내 조립:
샤프트 구성품 설치: 입력, 중간 및 출력 샤프트 어셈블리를 하부 하우징에 장착합니다. 다이얼 인디케이터를 사용하여 베어링 시트 위치를 조정하여 샤프트 평행도(≤0.03mm/1000mm)를 유지합니다.
기어 맞물림 조정: 필러 게이지 또는 리드 프레싱을 사용하여 백래시(6등급 기어의 경우 0.15~0.3mm)를 확인하고, 마킹 페이스트를 사용하여 접촉 패턴(이 높이 방향으로 ≥60%, 이 길이 방향으로 ≥70%)을 확인합니다. 심 두께를 조정하여 맞물림을 최적화합니다.
하우징 닫힘 및 고정:
하부 하우징 접합면에 실란트(예: 록타이트 510)를 도포한 후 상부 하우징을 닫습니다. 볼트를 지정된 토크(예: M20 볼트의 경우 350~400N·m)로 균일하게(대각선 순서, 2~3단계) 조입니다.
하우징 적합성 점검(0.05mm 필러 게이지가 관통해서는 안 됨).
액세서리 설치:
씰 설치(프레임워크 오일 씰 립이 안쪽을 향함, 샤프트와 0.1-0.2mm 간섭)
윤활 시스템(오일 레벨 게이지, 브리더, 드레인 플러그)을 설치합니다. 대형 기어박스에는 오일 펌프, 필터, 쿨러가 추가됩니다.
무부하 시험 실행:
기어 오일(예: L-만성신부전 220 극압 산업용 기어 오일)을 오일 레벨 게이지 중앙선까지 채웁니다. 1.2배의 작동 속도로 2시간 동안 무부하로 운전합니다.
모니터링: 이상 소음 없음(≤85dB), 베어링 온도 상승 ≤40℃(주변 온도 +40℃), 누출 없음.
3세. 기어박스 검사 프로세스
검사 커버 원자재 검사, 공정 중 검사, 최종 제품 검사:
(가) 원자재 검사
재료 인증: 공장 인증서(화학 성분, 기계적 특성) 확인, 예: 20CrMnTi의 경우 크 1.0-1.3%, 민 0.8-1.1% 필요
물리적 및 화학적 테스트: 화학 분석을 위한 샘플링(직독 분광기) 및 기계적 특성 시험(인장 및 충격 시험기)
점검: 단조품의 경우 100% 유타(제이비/T 5000.15-2007 수업 2세)이고, 중요한 주조 표면의 경우 산(균열이나 기공 없음)입니다.
(B) 공정 중 검사(핵심 노드)
주택 검사:
주조 하우징: 치수 검사(CMM, 중요 구멍 위치 허용 오차 ≤0.05mm), 표면 품질(모래 구멍이나 수축 없음), 압력 테스트(30분 동안 0.3MPa, 누출 없음)
용접 하우징: 용접부(제이비/T 5000.3-2007 수업 2세) 및 용접 후 변형(평탄도 ≤0.05mm/100mm)에 대한 유타/산.
기어 검사:
후열처리: 표면 경도(58-62HRC, 록웰 시험기), 표면 깊이(1.2-2.0mm, 금속학적 방법), 중심부 경도(30-45HRC);
후가공: 치형 프로파일 정확도(기어 측정 센터, 6등급), 나선 정확도(6등급), 누적 피치 오차(≤0.05mm), 표면 거칠기(라≤0.8μm, 프로파일로미터).
