1 增加齒寬
在傳動外徑要求不變時,適當增加內部齒輪寬度,可以有效的加大齒輪的承載能力,提高減速機的承載力矩。同時,可以減少恒定扭矩下的單位負荷。同時可以降低輪齒撓曲,減少噪聲激勵,起到降低傳動噪聲的作用。齒寬系數(shù)過大,可能會導致小齒輪剛性差,變形大,在齒寬上造成偏載,不能保證接觸精度。通常圓柱齒輪齒寬系數(shù)為0.4~0.8。
2 圓弧齒圓柱齒輪傳動
圓弧齒輪傳動是一種斜齒圓柱齒輪傳動,是圓柱齒輪傳動的一種形式,具有承載能力高,生產成本低,制造工藝簡單,使用壽命長等優(yōu)點。例:模數(shù)為0.8、輸入轉速、工況條件、壽命、齒輪寬度均相同條件下,β=15°斜齒圓柱齒輪的承載能力是普通圓柱齒輪的1.36倍左右。
3 增大齒輪模數(shù)、增大齒形角
減速機外徑尺寸要保持不變,需要增大承載能力,可以采用合理增大齒輪模數(shù),減低齒輪齒數(shù)來滿足。大模數(shù)齒輪可以提高齒輪抗彎強度,抗彎強度是齒輪承載能力的重要指標。同時也可以增大嚙合角a′,嚙合角增大有利于增大綜合曲率半徑,減少赫茲應力,起到提高承載能力的作用。
4 增大齒圈許用接觸應力
在行星減速機機傳動中,往往內齒圈比外齒輪硬度要低,材料也不相同,加工熱處理工藝上也有差距。行星減速機校核強度通常是校核太陽輪-行星輪的傳動接觸應力(滿足傳動接觸應力小于太陽輪行星輪許用接觸應力);太陽輪-行星輪彎曲應力(滿足彎曲應力小于許用彎曲應力);行星輪-內齒輪傳動接觸應力(滿足傳動接觸應力小于行星輪內齒圈許用彎曲應力)。齒圈許用接觸應力通常是最先失效。故,要想增大承載能力,就要保證齒圈許用接觸應力。
5 齒輪修形
齒輪副在承受重載條件下,輪齒嚙合時會產生較大的彎曲變形。由于變形,使得主動輪參加嚙合齒的基節(jié)變短,從動輪相應齒的基節(jié)變長,在進入和退出嚙合時會產生干涉,并且發(fā)生在齒頂和齒根處(如下所示)
進入嚙合
退出嚙合
隨著行星傳動技術的迅速發(fā)展,憑借行星減速機的體積小,重量輕,結構緊湊,承載能力大,傳動效率高,運轉平穩(wěn),抗沖擊能力強,傳動比大,可以實現(xiàn)運動的合成與分解等眾多優(yōu)勢。行星減速機在各行業(yè)中得到廣泛應用。
在現(xiàn)代行星傳動中,為了滿足重載條件下的使用性能(外徑尺寸要小),然而行星傳動中,往往較弱環(huán)節(jié)在齒輪的傳遞上,為提高減速機承載能力,故需要提高漸開線圓柱齒輪在重載下的使用性能,滿足重載的需求。
重載齒輪傳動中,內外嚙合齒輪副必須滿足強度壽命和嚙合質量要求,普通的設計已不能達到使用要求。現(xiàn)根據(jù)實際生產提出以下幾點建議,供參考學習。
對于重載齒輪,一般在齒端修行可防止由于齒向誤差引起的齒端過載。齒形修緣、修根和齒端修形是改善重載齒輪傳動性能較好的辦法。齒頂修緣量大小與載荷大小有密切關系,恰當?shù)男蘧壙梢员WC齒輪副嚙合(嚙入和嚙出)時的平穩(wěn)性,降低動載和噪聲,提高抗彎強度和接觸強度。
6 潤滑選擇
潤滑油脂使用不當是齒輪失效的主要原因之一。潤滑油脂參數(shù)直接與齒輪負載、運轉速度、齒輪形式、工作溫度有關,選用合適、合理的潤滑方式和潤滑油脂,可以有效的提高設備的使用壽命。
行星減速機大致有三種潤滑方式。①潤滑脂潤滑②飛濺潤滑(油浴潤滑)③強制潤滑(循環(huán)油站噴油潤滑)。潤滑方法需要根據(jù)齒輪的使用條件進行適當?shù)倪x擇,選擇的基準主要依據(jù)齒輪的圓周速度(m/s)及轉速(min-1)。按一般原則,根據(jù)圓周速度對潤滑法進行分類的話,低速時使用潤滑脂潤滑(v>7m/s),中速時使用油浴潤滑(2.5m/s 15m/s),高速時使用強制潤滑(12m/s
要想使齒輪維持高效率的動力傳動,必須在嚙合齒面上形成安定的油膜以防止金屬接觸。為達到此目的,必須要選擇合適粘度的油脂。高粘度指數(shù)表示該油隨溫度變化而粘度變化較小,有利于在工作溫度范圍內保持較小的粘度變化量,從而提高潤滑性能。在實際選擇中潤滑油脂是按載荷、速度選取的,還要考慮傳遞功率、嚙合效率、軸承效率及進出油口溫差等因素。降低齒面粗糙度對潤滑有利,容易形成全油膜。對漸開線齒輪嚙合的點線接觸問題給出了解釋。從理論上計算出油膜的厚度及強度,再選擇合適的潤滑油脂。潤滑油脂裝入量的取值,潤滑油脂過少,達不到潤滑目的,相反的,在密封齒輪箱中,潤滑油脂過多會造成攪拌損失過大。
7 齒根噴丸強化
齒輪彎曲強度與齒根表面狀況關系很大。特別是滲碳淬火齒輪的齒根部位表面存在脫碳層等缺陷,難以保證殘余壓應力,使齒根彎曲疲勞強度降低。此時采用齒根表面噴丸處理除掉缺陷層,可以保證齒根彎曲強度,提高疲勞強度。
8 設計參數(shù)綜合調整
行星減速機傳動中,模數(shù)、中心距、齒寬是按負荷大小計算得出的。中心距和齒寬與接觸強度有關,還有齒數(shù)、螺旋角、重合度、嚙合角、加工精度、變位系數(shù)等因素的影響。其中,變位系數(shù)是一個很重要的參數(shù),它直接影響多種其它參數(shù)。設計時可通過調整變位系數(shù)來提高彎曲強度、改善嚙合質量、湊合中心距,以提高齒輪使用壽命。
9 變位系數(shù)的調整
為了提高齒輪的承載能力,必須分析齒輪傳動的失效原因及破壞方式,找出主要矛盾,從而確定選擇變位系數(shù)的基本原則。行星減速機一般采用硬齒面(HB<350)齒輪。對于硬齒面閉式齒輪傳動,其主要危險是在循環(huán)應力的作用下齒根的疲勞裂紋逐漸擴展而造成齒根折斷。但是,實際上也有許多硬齒面齒輪傳動因齒面點蝕剝落而失去工作能力的。因而,對這種齒輪傳動,應盡量增大傳動的嚙合角a(即盡量增大總變位系數(shù)),這樣不僅可以提高接觸強度,還能增大齒形系數(shù)值,提高齒根的彎曲強度。必要時還可以適當?shù)姆峙渥兾幌禂?shù),使嚙合齒輪變位系數(shù)相等,即達到兩齒輪的齒根彎曲強度大致相等。正確的選擇變位系,可使齒輪承載能力提高20—30%。
10 齒輪精度與誤差
齒面強度不僅與齒輪精度等級有關,而且與基節(jié)誤差的絕對值有關。若齒輪具有最大基節(jié)誤差,則加在輪齒上的滾動壓力也最大,所引起的點蝕破壞也最嚴重。故需要嚴格控制。
11 降低輸入轉速
行星減速機輸出承載力矩跟輸出速度的關系是,同一行星減速機,在保證壽命前提條件下,輸出轉速高,承載力矩小;輸出轉速低,承載力矩大。轉速高時,針對齒輪在單位時間內嚙合次數(shù)會多,故疲勞時間會短;反之,疲勞時間長。
12 齒輪材料的選擇
對于重載齒輪,在材料選擇方面要考慮工作特點,要求表面要達到一定的硬度,保證接觸強度金屬耐磨性,芯部有一定的韌性。滿足這些要求,只有滲碳淬火齒輪最為合適。對與重載齒輪,材料一般采用含碳量低于0.2%的合金鋼,合金元素一般為Cr、Ni、Mo、Ti等。這些元素對提高淬透性、細化晶粒、提高耐磨性和韌性等分別有顯著的作用。設計時,要根據(jù)強度、工藝等因素綜合考慮。
以上慨述的幾種改善行星減速機承載能力,提高使用壽命的方法,生產實踐表明它們都是行之有效的,可供一般設計參考。
在傳動外徑要求不變時,適當增加內部齒輪寬度,可以有效的加大齒輪的承載能力,提高減速機的承載力矩。同時,可以減少恒定扭矩下的單位負荷。同時可以降低輪齒撓曲,減少噪聲激勵,起到降低傳動噪聲的作用。齒寬系數(shù)過大,可能會導致小齒輪剛性差,變形大,在齒寬上造成偏載,不能保證接觸精度。通常圓柱齒輪齒寬系數(shù)為0.4~0.8。
2 圓弧齒圓柱齒輪傳動
圓弧齒輪傳動是一種斜齒圓柱齒輪傳動,是圓柱齒輪傳動的一種形式,具有承載能力高,生產成本低,制造工藝簡單,使用壽命長等優(yōu)點。例:模數(shù)為0.8、輸入轉速、工況條件、壽命、齒輪寬度均相同條件下,β=15°斜齒圓柱齒輪的承載能力是普通圓柱齒輪的1.36倍左右。
3 增大齒輪模數(shù)、增大齒形角
減速機外徑尺寸要保持不變,需要增大承載能力,可以采用合理增大齒輪模數(shù),減低齒輪齒數(shù)來滿足。大模數(shù)齒輪可以提高齒輪抗彎強度,抗彎強度是齒輪承載能力的重要指標。同時也可以增大嚙合角a′,嚙合角增大有利于增大綜合曲率半徑,減少赫茲應力,起到提高承載能力的作用。
4 增大齒圈許用接觸應力
在行星減速機機傳動中,往往內齒圈比外齒輪硬度要低,材料也不相同,加工熱處理工藝上也有差距。行星減速機校核強度通常是校核太陽輪-行星輪的傳動接觸應力(滿足傳動接觸應力小于太陽輪行星輪許用接觸應力);太陽輪-行星輪彎曲應力(滿足彎曲應力小于許用彎曲應力);行星輪-內齒輪傳動接觸應力(滿足傳動接觸應力小于行星輪內齒圈許用彎曲應力)。齒圈許用接觸應力通常是最先失效。故,要想增大承載能力,就要保證齒圈許用接觸應力。
5 齒輪修形
齒輪副在承受重載條件下,輪齒嚙合時會產生較大的彎曲變形。由于變形,使得主動輪參加嚙合齒的基節(jié)變短,從動輪相應齒的基節(jié)變長,在進入和退出嚙合時會產生干涉,并且發(fā)生在齒頂和齒根處(如下所示)
進入嚙合
退出嚙合
隨著行星傳動技術的迅速發(fā)展,憑借行星減速機的體積小,重量輕,結構緊湊,承載能力大,傳動效率高,運轉平穩(wěn),抗沖擊能力強,傳動比大,可以實現(xiàn)運動的合成與分解等眾多優(yōu)勢。行星減速機在各行業(yè)中得到廣泛應用。
在現(xiàn)代行星傳動中,為了滿足重載條件下的使用性能(外徑尺寸要小),然而行星傳動中,往往較弱環(huán)節(jié)在齒輪的傳遞上,為提高減速機承載能力,故需要提高漸開線圓柱齒輪在重載下的使用性能,滿足重載的需求。
重載齒輪傳動中,內外嚙合齒輪副必須滿足強度壽命和嚙合質量要求,普通的設計已不能達到使用要求。現(xiàn)根據(jù)實際生產提出以下幾點建議,供參考學習。
對于重載齒輪,一般在齒端修行可防止由于齒向誤差引起的齒端過載。齒形修緣、修根和齒端修形是改善重載齒輪傳動性能較好的辦法。齒頂修緣量大小與載荷大小有密切關系,恰當?shù)男蘧壙梢员WC齒輪副嚙合(嚙入和嚙出)時的平穩(wěn)性,降低動載和噪聲,提高抗彎強度和接觸強度。
6 潤滑選擇
潤滑油脂使用不當是齒輪失效的主要原因之一。潤滑油脂參數(shù)直接與齒輪負載、運轉速度、齒輪形式、工作溫度有關,選用合適、合理的潤滑方式和潤滑油脂,可以有效的提高設備的使用壽命。
行星減速機大致有三種潤滑方式。①潤滑脂潤滑②飛濺潤滑(油浴潤滑)③強制潤滑(循環(huán)油站噴油潤滑)。潤滑方法需要根據(jù)齒輪的使用條件進行適當?shù)倪x擇,選擇的基準主要依據(jù)齒輪的圓周速度(m/s)及轉速(min-1)。按一般原則,根據(jù)圓周速度對潤滑法進行分類的話,低速時使用潤滑脂潤滑(v>7m/s),中速時使用油浴潤滑(2.5m/s 15m/s),高速時使用強制潤滑(12m/s
要想使齒輪維持高效率的動力傳動,必須在嚙合齒面上形成安定的油膜以防止金屬接觸。為達到此目的,必須要選擇合適粘度的油脂。高粘度指數(shù)表示該油隨溫度變化而粘度變化較小,有利于在工作溫度范圍內保持較小的粘度變化量,從而提高潤滑性能。在實際選擇中潤滑油脂是按載荷、速度選取的,還要考慮傳遞功率、嚙合效率、軸承效率及進出油口溫差等因素。降低齒面粗糙度對潤滑有利,容易形成全油膜。對漸開線齒輪嚙合的點線接觸問題給出了解釋。從理論上計算出油膜的厚度及強度,再選擇合適的潤滑油脂。潤滑油脂裝入量的取值,潤滑油脂過少,達不到潤滑目的,相反的,在密封齒輪箱中,潤滑油脂過多會造成攪拌損失過大。
7 齒根噴丸強化
齒輪彎曲強度與齒根表面狀況關系很大。特別是滲碳淬火齒輪的齒根部位表面存在脫碳層等缺陷,難以保證殘余壓應力,使齒根彎曲疲勞強度降低。此時采用齒根表面噴丸處理除掉缺陷層,可以保證齒根彎曲強度,提高疲勞強度。
8 設計參數(shù)綜合調整
行星減速機傳動中,模數(shù)、中心距、齒寬是按負荷大小計算得出的。中心距和齒寬與接觸強度有關,還有齒數(shù)、螺旋角、重合度、嚙合角、加工精度、變位系數(shù)等因素的影響。其中,變位系數(shù)是一個很重要的參數(shù),它直接影響多種其它參數(shù)。設計時可通過調整變位系數(shù)來提高彎曲強度、改善嚙合質量、湊合中心距,以提高齒輪使用壽命。
9 變位系數(shù)的調整
為了提高齒輪的承載能力,必須分析齒輪傳動的失效原因及破壞方式,找出主要矛盾,從而確定選擇變位系數(shù)的基本原則。行星減速機一般采用硬齒面(HB<350)齒輪。對于硬齒面閉式齒輪傳動,其主要危險是在循環(huán)應力的作用下齒根的疲勞裂紋逐漸擴展而造成齒根折斷。但是,實際上也有許多硬齒面齒輪傳動因齒面點蝕剝落而失去工作能力的。因而,對這種齒輪傳動,應盡量增大傳動的嚙合角a(即盡量增大總變位系數(shù)),這樣不僅可以提高接觸強度,還能增大齒形系數(shù)值,提高齒根的彎曲強度。必要時還可以適當?shù)姆峙渥兾幌禂?shù),使嚙合齒輪變位系數(shù)相等,即達到兩齒輪的齒根彎曲強度大致相等。正確的選擇變位系,可使齒輪承載能力提高20—30%。
10 齒輪精度與誤差
齒面強度不僅與齒輪精度等級有關,而且與基節(jié)誤差的絕對值有關。若齒輪具有最大基節(jié)誤差,則加在輪齒上的滾動壓力也最大,所引起的點蝕破壞也最嚴重。故需要嚴格控制。
11 降低輸入轉速
行星減速機輸出承載力矩跟輸出速度的關系是,同一行星減速機,在保證壽命前提條件下,輸出轉速高,承載力矩小;輸出轉速低,承載力矩大。轉速高時,針對齒輪在單位時間內嚙合次數(shù)會多,故疲勞時間會短;反之,疲勞時間長。
12 齒輪材料的選擇
對于重載齒輪,在材料選擇方面要考慮工作特點,要求表面要達到一定的硬度,保證接觸強度金屬耐磨性,芯部有一定的韌性。滿足這些要求,只有滲碳淬火齒輪最為合適。對與重載齒輪,材料一般采用含碳量低于0.2%的合金鋼,合金元素一般為Cr、Ni、Mo、Ti等。這些元素對提高淬透性、細化晶粒、提高耐磨性和韌性等分別有顯著的作用。設計時,要根據(jù)強度、工藝等因素綜合考慮。
以上慨述的幾種改善行星減速機承載能力,提高使用壽命的方法,生產實踐表明它們都是行之有效的,可供一般設計參考。