論減速器中齒輪傳動應用設計

【摘 要】齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互咬合傳遞動力的機械傳動。齒輪傳動的類型很多，按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。根據齒輪的工作條件，可分為：半開式齒輪傳動、開式齒輪傳動、閉式齒輪傳動。

【關鍵詞】減速器；傳動；設計

齒輪傳動作為機械傳動中最重要也是最廣泛的傳動形式之一，廣泛的運用于各種減速器中。由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器，用于原動機和工作機或執行機構之間，起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，在現代機械中應用極為廣泛。

齒輪減速器對齒輪傳動的最基本要求是運轉平穩且有足夠的承載能力。其中齒輪傳動的主要優點是：①瞬時傳動比恒定、工作平穩、傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力；②適用的功率和速度范圍廣；③傳動效率高，η=0.92-0.98；④工作可靠、使用壽命長；⑤外輪廓尺寸小、結構緊湊。國內的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長，比如礦用減速器。

齒輪減速器在工作過程中可能會出現傳動的不平穩，同時產生振動、沖擊與噪聲問題等。齒輪經過實際負載工況工作至一定的壽命后，就可能產生輪齒折斷、齒面接觸疲勞點蝕以及磨損等形式的損傷。由以上這些問題可以看出齒輪傳動過程中必須遵循的兩項基本要求：一是齒輪傳動過程需具備必要的工作穩定性，即對不同用途的齒輪需要求不同程度的工作平穩性指標，使得齒輪在其傳動過程中產生的振動、噪聲等處于允許的范圍內，保證整個傳動系統都能正常的工作；二是齒輪應具備足夠的強度，即要求傳動齒輪尺寸小、重量輕、在保證承載能力的基本前提下有盡可能長的壽命，也就是說傳動齒輪在工作過程中做到輪齒不折斷，齒面無點蝕，同時也不會因為嚴重的磨損而失效。

為了改善各種問題，我們會做相應的齒輪結構設計，以滿足齒輪在減速器使用中的各種要求。減速器齒輪的設計參數主要包括各檔齒數、模數、齒寬、斜齒輪螺旋角、壓力角、齒頂高系數以及齒輪的中心距等。

1.齒輪齒數

①應滿足動力性、經濟性等的要求。

②增加齒輪齒數可適當降低齒輪傳動時的噪聲。

③最少齒數應使齒輪不產生根切。

④對于相互嚙合的齒輪，其齒數不應有公因數，高速齒輪更應該注意這點。

2.齒輪模數

由于低檔齒輪與高檔齒輪承受載荷的不同，故模數也最好做到不相同。同一減速器中的齒輪模數種類不應過多。在減速器中心距都相同的情況下，選用小模數的齒輪可以有效的減小傳動噪聲。

3.齒輪齒寬

齒輪寬度較大時，其承載能力會提高，但是當齒輪受載后，由于存在軸的撓度變形及齒輪的齒向誤差等原因，使得齒輪沿齒寬方向的受力不均勻，因而選擇齒寬時不宜過大。

4.螺旋角

減速器采用斜齒輪時，其螺旋角選用范圍一般在10°～35°。

5.壓力角

齒輪壓力角較小時，重合度較大并降低了輪齒剛度，傳動平穩，有利于降低噪聲；壓力角較大時，輪齒的抗彎強度和表面接觸強度高。

6.齒頂高系數

礦用減速器多采用長齒齒輪，重合度大，在強度、噪聲、動載荷和振動等方面有明顯改善。

7.齒輪變位系數的選擇

對減速器進行齒輪修正可以有效改善齒輪傳動的某些性能。齒輪修正的方法主要有以下三種：一是加工前改變刀具的原始齒廓參數；二是加工時改變刀具與齒輪毛坯的相對位置，即齒輪變位；三是加工后改變齒輪齒廓的局部漸開線，即齒面修形。

為了避免齒輪嚙合時產生根切或干涉，同時為了配湊中心距以及滿足各檔傳動齒輪在彎曲強度、接觸強度、抗膠合、耐磨損和運轉平穩性等方面的不同要求，并且有效地提高齒輪壽命，礦用減速器均采用變位齒輪。

齒輪應按照使用時的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的合適與否對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。

一般來說，對于低速重載的傳力齒輪，齒面受壓產生塑性變形和磨損，且輪齒易折斷。應選用機械強度、硬度等綜合力學性能較好的材料，如18CrMnTi；線速度高的傳力齒輪，齒面容易產生疲勞點蝕，所以齒面應有較高的硬度，可用38CrMoAlA氮化鋼；承受沖擊載荷的傳力齒輪，應選用韌性好的材料，如低碳合金鋼18CrMnTi；非傳力齒輪可以選用不淬火鋼，鑄鐵、夾布膠木、尼龍等非金屬材料。一般用途的齒輪均用45鋼等中碳結構鋼和低碳結構鋼如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。

當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發展。減速器與電動機的連體結構，也是大力開拓的形式，并已生產多種結構形式和多種功率型號的產品。近十幾年來，由于近代計算機技術與數控技術的發展，使得機械加工精度，加工效率大大提高，從而推動了機械傳動產品的多樣化，整機配套的模塊化，標準化，以及造型設計藝術化，使產品更加精致，美觀化。

在21世紀成套機械裝備中，齒輪仍然是機械傳動的基本部件。CNC機床和工藝技術的發展，推動了機械傳動結構的飛速發展。在傳動系統設計中的電子控制、液壓傳動、齒輪、帶鏈的混合傳動，將成為工業應用中各種設計的優化傳動組合的方向。在傳動設計中的學科交叉，將成為新型傳動產品發展的重要趨勢。

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