活齒端面諧波齒輪在煤礦機械中的應用探討

劉嵩 李菲

摘要：活齒端面齒輪是一種適用于大功率、大傳動比場合的新裝置，煤礦機械中的齒輪傳動多為低速重載，兩者在特點上較為匹配，從對活齒端面諧波齒輪在傳動比和傳動功率方面的優勢出發，探討了活齒端面諧波齒輪傳動在煤礦機械中應用的可能性。

關鍵詞：活齒端面諧波齒輪煤礦機械應用

中圖分類號： TH132.429 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

Abstract： Oscillating-teeth End-face Harmonic Gear is a new devices which is suitable high transmission power and high transmission ratio occasion. The gear used in Coal mine machinery is more low-speed and heavy load.Two more matches in character.From the advantages of living on the Oscillating-teeth End-face Harmonic Gear transmission ratio and transmission power， explored the possibility of Oscillating-teeth End-face Harmonic Gear apply in coal mine machinery.

Keywords：Oscillating-teeth；End-face Harmonic Gear；coal mine machinery；apply

活齒端面諧波齒輪傳動是一種新型傳動裝置，以現有的諧波傳動和活齒傳動為基礎，綜合了傳動比大和傳遞功率大的優點[1]。煤礦機械中傳動齒輪體積小，傳動比大，承載力高，機械能耗少。近年來，煤礦機械的功率增加非常迅速，機械設備的輸出扭矩增大，使煤礦機械傳動齒輪的受力增大。結合活齒端面諧波齒輪體積小、承載大的特點，若取代煤礦機械中的齒輪傳動應用在煤礦機械中，將提升原有煤礦機械傳動的承載能力，避免齒輪在承受大載荷時易失效。

煤礦機械中傳動齒輪的特點是體積較小，重量輕，傳動比大，結構緊密，承載力高，機械能耗少。近年來，煤礦機械的功率增加非常迅速，采煤機的功率增加了4-6倍，掘進機的功率增加了2-3倍，大型、特大型礦井提升機功率的大幅增加煤礦機械傳動齒輪的受力增大，煤礦機械的齒輪大多為中、大模數，多為低速重載傳動。由于受煤礦使用條件和機器尺寸的限制，傳動齒輪的外形尺寸不能有太大的變化。如果煤礦機械齒輪傳動在不加大外形尺寸的條件下能提高其強度和壽命，這些問題都將迎刃而解，同時，原有煤礦機械設備的功率也能夠有一次飛躍。

根據煤礦機械的背景再結合活齒端面諧波齒輪體積小、承載大的這些特點，可以考慮將該傳動應用于煤礦機械中，取代煤礦機械中的齒輪傳動，提升原有煤礦機械傳動的承載能力，克服以往齒輪在承受大載荷時就易失效的缺點。

1活齒端面諧波齒輪傳動裝置的基本結構

活齒端面諧波齒輪傳動裝置主要由端面齒輪、波發生器、活齒及槽輪等四部分構成。活齒端面諧波齒輪可分為單邊傳動和雙邊傳動的形式[2]，應用于不同場合。如圖1所示為單邊傳動裝置的基本結構。端面齒輪2替代了傳統諧波齒輪傳動中的剛輪，軸向圓柱端面凸輪替換了波發生器6中的徑向圓盤凸輪。多塊活齒4組成柔輪，置于槽輪3中作軸向往復運動。端面齒輪2與活齒4一端做錯齒運動，波發生器6的端面凸輪與活齒4另一端接觸。主動件是波發生器6，與輸入軸7相連，從動件是槽輪3，與輸出軸1相連，端面齒輪2固定在減速箱5上，形成一個大傳動比的減速結構。

雙邊傳動的活齒端面諧波齒輪與單邊結構類似，將雙邊的結構對稱在波發生器的兩邊，形成一個對稱的結構。波發生器是一個兩邊對稱的端面凸輪，活齒、槽輪和端面齒輪依次對稱的分布在波發生器兩端，兩邊的結構與運動是完全一致的，這種對稱的結構在傳動過程中能抵消一部分受力從而具有更好的使用性能。

2活齒端面諧波齒輪的應用可行性

2.1活齒端面諧波齒輪的傳動比

在傳動比方面，活齒端面諧波齒輪傳動能夠實現較大的傳動比。波發生器和端面齒輪以及活齒的數目差別非常大，活齒可做成多齒結構，齒差可進一步增大。對活齒端面諧波齒輪的活齒、端面齒輪和波發生器的齒數進行合理設計就能夠將它的傳動比大幅增加，實現一般減速器無法達到的傳動比。

2.2活齒端面諧波齒輪傳遞的功率

由于活齒端面諧波齒輪嚙合副為面接觸而且是多齒同時接觸，一般漸開線齒輪嚙合副大多為線接觸且是單齒接觸，所以活齒端面齒輪傳動傳遞功率大。現對比相同傳動比，相同模數，相同材料（選用45號鋼）下，活齒端面諧波齒輪傳動與直齒圓柱齒輪傳動所能傳遞的最大功率。

由表1可得，活齒端面諧波齒輪所能傳遞的功率遠遠高于相同模數、材料、傳動比的直齒圓柱齒輪。

3 結論

從傳動比方面來看，活齒端面諧波齒輪可在較小幾何參數下獲得較大傳動比，在煤礦機械的應用中可有效提高產品的傳動參數，減小產品的重量。從傳遞的功率來看，煤礦機械中的齒輪減速器需要傳遞較大的功率，普通的齒輪容易失效，而活齒端面諧波齒輪接觸面積大，不易失效。同時，在相同傳動比情況下，活齒端面諧波齒輪比普通齒輪傳遞的功率大數十倍。由此可見，活齒端面諧波齒輪傳動是一種很適合于應用于煤礦機械中的傳動裝置。

參考文獻

[1] 張佑林，姚傳志，李峰.活齒端面諧波齒輪傳動裝置[P].中國，發明專利，專利號：ZL 200410012992.6.

[2]張佑林，李峰，劉文波.活齒端面諧波齒輪的傳動原理與傳動比[J].武漢理工大學學報，2004，26（6）：42～45

[3]張佑林，陳亮，王成剛等.活齒端面諧波齒輪嚙合副受力狀態的理論研究[J].機械傳動， 2006，30（2）4～6

作者簡介：劉嵩（1987-），女，碩士，助教，金屬材料成形數值模擬方向