活齒端面諧波齒輪在煤礦機(jī)械中的應(yīng)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(dòng)比場(chǎng)合的新裝置，煤礦機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)多為低速重載，兩者在特點(diǎn)上較為匹配，從對(duì)活齒端面諧波齒輪在傳動(dòng)比和傳動(dòng)功率方面的優(yōu)勢(shì)出發(fā)，探討了活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)在煤礦機(jī)械中應(yīng)用的可能性。

關(guān)鍵詞：活齒端面諧波齒輪煤礦機(jī)械應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TH132.429 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)是一種新型傳動(dòng)裝置，以現(xiàn)有的諧波傳動(dòng)和活齒傳動(dòng)為基礎(chǔ)，綜合了傳動(dòng)比大和傳遞功率大的優(yōu)點(diǎn)[1]。煤礦機(jī)械中傳動(dòng)齒輪體積小，傳動(dòng)比大，承載力高，機(jī)械能耗少。近年來，煤礦機(jī)械的功率增加非常迅速，機(jī)械設(shè)備的輸出扭矩增大，使煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的受力增大。結(jié)合活齒端面諧波齒輪體積小、承載大的特點(diǎn)，若取代煤礦機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)應(yīng)用在煤礦機(jī)械中，將提升原有煤礦機(jī)械傳動(dòng)的承載能力，避免齒輪在承受大載荷時(shí)易失效。

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

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

1活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)裝置的基本結(jié)構(gòu)

活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)裝置主要由端面齒輪、波發(fā)生器、活齒及槽輪等四部分構(gòu)成。活齒端面諧波齒輪可分為單邊傳動(dòng)和雙邊傳動(dòng)的形式[2]，應(yīng)用于不同場(chǎng)合。如圖1所示為單邊傳動(dòng)裝置的基本結(jié)構(gòu)。端面齒輪2替代了傳統(tǒng)諧波齒輪傳動(dòng)中的剛輪，軸向圓柱端面凸輪替換了波發(fā)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(fù)運(yùn)動(dòng)。端面齒輪2與活齒4一端做錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，波發(fā)生器6的端面凸輪與活齒4另一端接觸。主動(dòng)件是波發(fā)生器6，與輸入軸7相連，從動(dòng)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(gè)大傳動(dòng)比的減速結(jié)構(gòu)。

雙邊傳動(dòng)的活齒端面諧波齒輪與單邊結(jié)構(gòu)類似，將雙邊的結(jié)構(gòu)對(duì)稱在波發(fā)生器的兩邊，形成一個(gè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。波發(fā)生器是一個(gè)兩邊對(duì)稱的端面凸輪，活齒、槽輪和端面齒輪依次對(duì)稱的分布在波發(fā)生器兩端，兩邊的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)是完全一致的，這種對(duì)稱的結(jié)構(gòu)在傳動(dòng)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(yīng)用可行性

2.1活齒端面諧波齒輪的傳動(dòng)比

在傳動(dòng)比方面，活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)較大的傳動(dòng)比。波發(fā)生器和端面齒輪以及活齒的數(shù)目差別非常大，活齒可做成多齒結(jié)構(gòu)，齒差可進(jìn)一步增大。對(duì)活齒端面諧波齒輪的活齒、端面齒輪和波發(fā)生器的齒數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)就能夠?qū)⑺膫鲃?dòng)比大幅增加，實(shí)現(xiàn)一般減速器無法達(dá)到的傳動(dòng)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(shí)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(dòng)傳遞功率大?，F(xiàn)對(duì)比相同傳動(dòng)比，相同模數(shù)，相同材料（選用45號(hào)鋼）下，活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)與直齒圓柱齒輪傳動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同模數(shù)、材料、傳動(dòng)比的直齒圓柱齒輪。

3 結(jié)論

從傳動(dòng)比方面來看，活齒端面諧波齒輪可在較小幾何參數(shù)下獲得較大傳動(dòng)比，在煤礦機(jī)械的應(yīng)用中可有效提高產(chǎn)品的傳動(dòng)參數(shù)，減小產(chǎn)品的重量。從傳遞的功率來看，煤礦機(jī)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(shí)，在相同傳動(dòng)比情況下，活齒端面諧波齒輪比普通齒輪傳遞的功率大數(shù)十倍。由此可見，活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)是一種很適合于應(yīng)用于煤礦機(jī)械中的傳動(dòng)裝置。

參考文獻(xiàn)

[1] 張佑林，姚傳志，李峰.活齒端面諧波齒輪傳動(dòng)裝置[P].中國(guó)，發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL 200410012992.6.

[2]張佑林，李峰，劉文波.活齒端面諧波齒輪的傳動(dòng)原理與傳動(dòng)比[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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(tài)的理論研究[J].機(jī)械傳動(dòng)， 2006，30（2）4～6

作者簡(jiǎn)介：劉嵩（1987-），女，碩士，助教，金屬材料成形數(shù)值模擬方向