試分析齒輪傳動效率的相關(guān)影響因素

李帆+晏濤+吳俊林

摘 要：進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)和制造中，必須保證齒輪工作的效率，否則在競爭中沒有競爭力，達(dá)不到銷售和占有市場的目的。進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)和加工中傳動效率都是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，下面結(jié)合齒輪傳動效率的計(jì)算公式，對齒輪設(shè)計(jì)中的潤滑油、參數(shù)值、齒輪參數(shù)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，輸入相關(guān)數(shù)值對其進(jìn)行加載驗(yàn)證，總結(jié)出影響齒輪傳動效率的具體因素，同時(shí)制定出以后的控制策略，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

關(guān)鍵詞：齒輪傳動；工作效率；影響因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.032

在工業(yè)領(lǐng)域齒輪是非常重要的元件，在各種機(jī)械設(shè)備中都得到了應(yīng)用，企業(yè)在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，必須對齒輪傳動效率進(jìn)行研究，當(dāng)齒輪的傳動效率較高時(shí)，在市場中占據(jù)優(yōu)勢，如果齒輪的傳動效率低，不僅在市場中沒有競爭力，而且也影響企業(yè)的發(fā)展，因此企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)必須重視這方面的研究，投入一定的人力物力進(jìn)行深入研究，對其設(shè)計(jì)、參數(shù)選定進(jìn)行優(yōu)化，下面就進(jìn)行深入的分析。

1 對齒輪傳動效率的分析

在機(jī)械傳功中齒輪傳動是比較典型的傳動方式，對于機(jī)械產(chǎn)品而言，這種傳動裝置也是非常重要的零部件，設(shè)計(jì)這種齒輪時(shí)通常會按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，齒輪設(shè)計(jì)和加工比較符合使用壽命，達(dá)到理想的強(qiáng)度，但是在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要滿足上述兩點(diǎn)要求，還必須提高傳動效率，因此就必須對影響傳動效率的因素進(jìn)行分析，做好傳動效率設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇。從當(dāng)前的資料分析，在這方面的研究很少，因此可以借鑒的地方不多，在研究中必須進(jìn)行加載試驗(yàn)，通過得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)參數(shù)變化對傳動效率產(chǎn)生的影響，進(jìn)而在進(jìn)行傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對各項(xiàng)參數(shù)予以優(yōu)化，達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果[1]。

2 分析齒輪傳動效率的相關(guān)影響因素

在研究齒輪傳動效率時(shí)必須先分析當(dāng)前工業(yè)方面常用的齒輪情況，先分析使用的齒輪箱情況，齒輪箱也被稱之為傳動裝置，工作方式屬于硬齒面減速，具體參數(shù)如下：工作狀態(tài)下的油溫在30℃-70℃范圍，傳動比在1.25-500范圍，除此之外，其輸入轉(zhuǎn)速在1000-1800|Ipm[2]范圍。下面就以二級減速齒輪箱作為試驗(yàn)案例，分析實(shí)際傳遞動力時(shí)具體的影響因素，這種齒輪箱的傳動效率在O.976-O.985范圍。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生較大的功率損耗，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，這種功率損耗來源是多方面的，包括油封情況、軸承配合度情況、齒輪情況等。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，在這些損耗中，齒輪損耗占到總功率損耗65%-70%，油封損耗占到總損耗的0.5%-1.5%，軸承損耗會占到總損耗的25%-35%，由此可見其所占的比例不同，其中最為嚴(yán)重的就是齒輪損耗。下面先具體分析齒輪損耗，其損耗還可以劃分為和載荷無關(guān)的攪油損耗PW，風(fēng)阻損耗，和載荷有關(guān)系的PM損耗。在這方面研究人員也進(jìn)行了細(xì)致的分析，根據(jù)得到的結(jié)果得知，和載荷有關(guān)的損耗會占到總損耗的50-60%，和載荷沒有關(guān)系的損耗占到總損耗的5-15%。通過上述分析得到的結(jié)果可以得知，在實(shí)際運(yùn)行中，齒輪箱出現(xiàn)的損耗中，PM功率損耗是非常重要的一部分，因此在設(shè)計(jì)和加工中，技術(shù)人員要選擇合理的齒輪參數(shù)，就可以降低PM功率損耗30%-40%，除此之外，還可以提高齒輪箱的傳動效率，通過測算提高范圍在O.20%-O.30%范圍內(nèi)。下面就對齒輪副傳動效率，齒輪嚙合損耗PM和進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，深入研究影響傳統(tǒng)效率的相關(guān)因素，在以后的設(shè)計(jì)工作中，將影響因素控制在最小范圍，保證齒輪運(yùn)行過程中的傳動效率，避免齒輪整體工作效率不高，影響以后的發(fā)展。

3 應(yīng)用和驗(yàn)證分析

齒輪嚙合功率損耗PM和齒輪副的傳動效率η的計(jì)算方法PM=14.6514、η=14.6514。結(jié)合這一公式輸入相關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，試驗(yàn)臺參數(shù)為：加載功率Pl=100Kw；轉(zhuǎn)速nl=1000rpm；加載轉(zhuǎn)矩兀=955N.m；潤滑油L—CKC220；環(huán)境溫度25℃測試結(jié)果：工作平衡溫度83℃；整機(jī)傳動效率η=0.9891。最終得到η=l-14.6514、fg、f1、fail=0.9940。

4 分析具體影響因素和以后的解決辦法

根據(jù)得到的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，當(dāng)前齒輪箱作用比較大，在很多方面都得到了應(yīng)用，而且發(fā)揮重要的作用，例如在冶金行業(yè)、礦山行業(yè)、起重行業(yè)、運(yùn)輸行業(yè)、水泥行業(yè)、建筑行業(yè)和化工行業(yè)，因此相關(guān)企業(yè)對其的研究都非常重視。根據(jù)上述的計(jì)算和分析，發(fā)現(xiàn)了一些問題，因此在以后進(jìn)行齒輪箱設(shè)計(jì)過程中，不僅要滿足所要求的使用壽命和強(qiáng)度，還應(yīng)該遵循下列幾方面的原則，通過這些措施可以保證齒輪的傳動效率，降低運(yùn)行中產(chǎn)生的功率損耗。

第一點(diǎn)，設(shè)計(jì)中要保證軸承的使用壽命，滿足這一點(diǎn)要求后，設(shè)計(jì)中選用比較大的螺旋角，通過上述公式計(jì)算，以及實(shí)際數(shù)據(jù)測算得知，選用的螺旋角越大，齒輪的傳動效率就越高；第二點(diǎn)，通過公式計(jì)算和實(shí)際測試得知，當(dāng)齒寬越大時(shí)，分度圓直徑越大時(shí)，其整體的傳動效率越低，但是二者所影響的量級不同，因此設(shè)計(jì)中檔結(jié)構(gòu)允許時(shí)，可以選用較小的齒寬，選用較大的分度圓直徑，保證齒輪的傳動效率。分析中發(fā)現(xiàn)正變位齒輪不一定能提高傳動效率，為了提高傳動效率，選擇的變位系數(shù)不應(yīng)該過大，進(jìn)行變位系數(shù)分配時(shí)，可以保證大小齒輪的滑動率相等、端面重合度盡可能大。測試發(fā)現(xiàn)當(dāng)齒輪箱的工作油溫越低時(shí)，齒輪的傳動效率就越高，但是相應(yīng)的攪油功率損耗開始增大，由此可見，要求齒輪的工作油溫盡可能低，將工作油溫控制在50℃-70℃范圍[3]。

5 總結(jié)

通過以上對齒輪傳動效率的相關(guān)影響因素分析，發(fā)現(xiàn)影響齒輪傳動效率的因素較多，總結(jié)其具體影響方向后，設(shè)計(jì)中對實(shí)際要求進(jìn)行綜合分析，設(shè)計(jì)中遵循相關(guān)原則，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高其傳動效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]周哲波.潤滑措施對齒輪傳動效率和使用壽命的影響[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，34（1）：116-120.

[2]胡青春，李劍英，段福海.帶有圓錐齒輪的復(fù)合行星傳動功率流與傳動效率分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2015，51（21）：42-48.

[3]馮海生，王黎欽，鄭德志等.計(jì)及齒面摩擦的高功率密度齒輪傳動效率分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（09）：24-29.endprint