冶金机械齿轮减速器传动装置研究

冶金机械齿轮减速器传动装置研究

张明永

张明永

南京高精齿轮集团有限公司

摘要：分析我国冶金机械齿轮减速器传动装置的类型、特点，探讨各类产品的技术水平与发展趋势，并就齿轮减速器传动装置在我国冶金工业中的应用进行了探索与研究。齿轮传动装置在工业领域占有举足轻重的地位，其中齿轮传动装置的核心部件在于齿轮及其配套产品，本文讨论了冶金机械齿轮传动装置的常见故障及其预防措施，重点讲述了冶金机械齿轮传动装置产生故障原因以及预防机制

关键词：冶金机械；齿轮；减速器；传动装置；故障与预防措施

前言

冶金机械齿轮传动装置是利用齿轮及其配置装置进行传动的，本文讲述了冶金机械齿轮传动装置常见的故障与预防机制。冶金机械齿轮传动装置常见的故障主要有有齿面接触疲劳损伤、轮齿折断、齿而胶合和擦伤。下文对每种故障的产生机理、原因进行分析。并从齿轮的安装、齿轮的机械加工、齿轮的热处理三个角度去考虑冶金机械齿轮传动装置常见故障的预防措施。

一、齿轮减速器传动装置的主要类型

减速器是一种通过联轴器将原动机与工作机连接起来闭式变速传动装置，大部分情况是降低输出端的旋转速度同时增大输出端的转矩。在某些特定情况下，也可用它来提升转速降低转矩，此时则称之为增速器。由于减速器的主要作用是改变原动机与执行机构之间的转速和转矩，因此被广泛应用于机械行业与冶金行业。目前，用于冶金机械中的齿轮减速器传动装置类型较多，有圆柱齿轮减速器、圆锥一圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器、齿轮一蜗杆减速器、专用齿轮减速器等。

1.1圆柱齿轮减速器

圆柱齿轮减速器主要分为渐开线圆柱齿轮减速器和圆弧圆柱齿轮减速器。其中，渐开线圆柱齿轮的应用广泛，又可分为直齿、斜齿与人字齿：斜齿的重合度大于直齿，噪声及磨损也较小，一般用于重载机械的传动；人字齿制造精度低，不适宜广泛用于各种冶金机械中。选用减速器时应根据圆周速度、载荷情况以及工作条件等实际因素加以选择。

目前，渐开线圆柱齿轮减速器有容易加工，制造、装配方便、精度高、中心距改变不影响其正常啮合等优点。由于其承载能力范围较大，公称输人功率与公称输出转矩的范围都较大，在我国冶金、矿山、运输等设备中广泛应用。由于轮齿是线接触，该类减速器对齿轮机构各零件的精度和刚度要求较高。

1.2圆锥一圆柱齿轮减速器

圆锥一圆柱齿轮减速器是一种用于输人轴与输出轴呈垂直方向布置的传动装置。这类齿轮减速器的第一级传动为格里森制弧齿锥齿轮，亦可用其他齿形，第一、第三级传动为渐开线圆柱斜齿轮。这类减速器的齿轮和轴承一般采用飞溅润滑、自然冷却。此类减速器有承载能力高、噪声低、体积小、重量轻、效率高和使用寿命长等优点，广泛应用于冶金、煤炭、运输、建材等机械设备。

1.3行星齿轮减速器

行星齿轮减速器的类型较多，主要包括普遍行星齿轮减速器、各种小齿差减速器、谐波齿轮减速器以及三环减速器等。这类减速器的优点是可以做成单级、双级和多级的减速器，因此传动比范围较大，且具有结构紧凑、质量轻、承载能力大、外廓尺寸小等特点。但是其结构复杂，制造精度要求高，装配与检修较为困难，价格偏高。

二、齿轮减速器传动装置技术要点分析

2.1齿轮减速器的安装方法

2.1.1实心轴固定式安装

这种安装方式是将齿轮减速器的输出轴，通过联轴器、链轮、齿轮、带轮等与冶金机械联接，并由齿轮减速器底部地脚螺栓，将减速器稳固地安装在结构坚实、无振动的基础上。目前，绝大多数齿轮减速器均可采用这种安装方式。对于大型齿轮减速器，机体地脚上还应加工出螺纹孔，以便利用调整螺栓来调整安装位置；对于变幅机构的齿轮减速器，还应利用销栓进行锁紧，以防止在安装过程中移动。

2.1.2空心轴单点浮动式安装

这种安装方式是将齿轮减速器的输出轴作为空心轴，通过胀套与工作机械传动轴联接，而整个驱动装置，包括电机、联轴器、制动器、减速器等均装在传动装置的支座上，然后用一个球铰或轴承支承着。其安装原理是球铰支承点与传动装置重心偏离一段距离，在工作状态时，因支承点偏心而引起的弯矩可以与驱动装置负载所引起的弯矩相平衡，因此理论上传动轴不受附加力。

2.1.3空心轴悬挂式安装

这种安装方式是将减速器的输出轴与冶金机械轴采用胀套联接，支承由输出轴及另一扭力杆完成。这种安装方式较为简单，节省占地空间，而且能减轻整机重量，适用于从垂直方向传递动力的传动装置。

2.2齿轮减速器的润滑方法

润滑效果的好坏对齿轮减速器的影响非常大。如果润滑条件不好时，会使齿轮减速器的发热量增大，并会导致其承载能力下降。因此，必须正确选用润滑油和油量，以有效保证齿轮减速器传动装置的正常运行，并延长其使用寿命。通常情况下，其润滑方法采用的油池润滑、自然冷却的方式；而对于大功率的齿轮减速器或热功率不够时，可采用压力循环油润滑或加设冷却装置进行冷却。

在正常使用条件下，当环境温度为(0—35)℃，或采用循环油润滑时，推荐选用中负荷工业齿轮油22叭当环境温度为(35—50)℃时，推存选用中负荷工业齿轮油320。另外，减速器在初次运转400h后，应当更换润滑油。

三、冶金机械齿轮传动装里常见故障

齿轮传动装置是相互啮合或相互配合连接各种齿轮结构。齿轮传动装置的分类主要有高速齿轮、低速重载齿轮、蜗杆传动齿轮、开式齿轮、一般闭式工业齿轮、圆弧齿轮等。表飞为齿轮箱部件故障比例及损坏形式，其中齿轮的故障比例高达60%,齿轮是重要的工业原件，保证设备平稳的运行是非常重要的。

冶金机械齿轮传动装置常见故障有齿面接触疲劳损伤、轮齿折断、齿面胶合和擦伤。

齿轮表面接触疲劳破坏特征，主要包括深层剥落、浅层剥落、点蚀。发生过程逐渐减缓，疲劳坑深度深层剥落为最深、浅层剥落次之、点蚀最浅。

齿面接触疲劳损伤现象产生的主要原因如下：①齿轮传动装置过载运行、过载操作。②齿轮表面质量较差，齿轮表面的粗糙度、齿形都影响齿面接触疲劳损伤。③齿轮相互啮合的齿轮表面贴合不良，使接触面积减小，促使齿轮表面局部过载，使齿轮表面载荷过高造成应力提高。④热处理缺陷，齿面硬度不均、齿轮表面硬化层浅、热处理硬软层的过渡梯度过大、表层或过渡区存在淬火裂纹。⑤齿轮安装精度低、安装错误、润滑不良等。

轮齿折断最具有危险性的失效形式。齿轮在运行时，其根部受到交变载荷以及脉动式循环弯曲应力，当应力达到一定值时，根部就会萌生出细小的裂纹并逐渐扩展，当扩展面积不断增大其余部分无法承担外部载荷时齿轮就会发生折断。轮齿折断可分为疲劳折断、过载折断、随机断裂。

齿面胶合。其中齿面胶合是一种非常严重的齿轮磨损状态，主要在重载或高速齿轮中发生，产生原因主要是润滑条件不好，导致油膜破裂使两个齿轮表而直接接触，在运动情况下生热，使接触面局部发生粘合，在齿轮的转动下，经过粘合后再分离，导致一个齿轮表面从另一个齿轮表面下撕下一块金属，形成弧坑、凸起等缺陷。

小结：冶金机械齿轮传动装置常见故障有齿面接触疲劳损伤、轮齿折断、齿面胶合和擦伤。齿轮表面接触疲劳破坏特征主要包括深层剥落、浅层剥落、点蚀等。轮齿折断主要有疲劳折断、过载折断、随机断裂，齿面胶合和擦伤主要有冷粘合撕伤和热粘合撕伤两种。冶金机械齿轮传动装置常见故障的预防措施主要从齿轮的安装、齿轮的机械加工、齿轮的热处理三个角度考虑。

参考文献

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