陶瓷高效节能齿轮减速机的研发与应用

刘光

摘 要：目前，国内陶瓷设备上应用的减速机仍然是20年前引进和消化进口陶瓷设备上配套的机械无级变速器和摆线针轮减速机。但这些减速机具有传动效率低、容易漏油、传动平稳性差、使用寿命短等缺点。本文针对上述问题进行了有针对性的设计与改进，研究出了适合于陶瓷设备上应用的高效率、低温升、长寿命、免维护的齿轮减速机。该机已通过鉴定并应用于生产，同时也为企业带来了较为显著的经济效益。

关键词：陶瓷齿轮减速机；高效；节能；应用

1 前言

目前，国内陶瓷生产设备传动系统中，窑炉和釉线传动大量使用的产品仍然是20年前引进和消化进口陶瓷设备上配套的机械无级变速器和摆线针轮减速机。这两种产品的主要存在传动效率低、能源消耗大；容易漏油、维护费用高； 传动平稳性差；使用寿命短等方面的不足。目前，在国内还没有企业推出可替代适用于陶瓷窑炉和釉线设备的低能秏、高效率齿轮减速机产品。

在国家提出节能降耗的政策，以及机械传动高速发展的今天，节能化、高速化、小型化、低噪音、高效率、高可靠性已成为传动行业发展的方向。面向市场需求和国家产业政策调整趋势，研发高技术含量和附加值的新型节能高效齿轮减速机，打破传统生产线传动模式，对传动行业具有十分重要的意义。而本文研发的陶瓷齿轮减速机正是为适应国家宏观政策及各陶瓷生产企业的高标准要求所进行的，它在节能、高效、产品维护等方面取得较大的突破，并成功应用于陶瓷生产设备中。

2 陶瓷齿轮减速机的研发

陶瓷齿轮减速机主要是围绕着如何提高传动效率、降低噪声与温升、解决结构的密封性等几个难点问题进行研发的。

2.1 提高齿轮的传动效率

齿轮传动效率与齿轮的精度、受力变形、摩擦及润滑等多种因素有关。笔者公司主要从以下几个方面去分析影响齿轮传动的因素，并提出相应的解决措施。

（1） 在设计上，按6级精度进行齿轮设计，根据模拟受力情况对传动齿轮进行齿形修正（见图1）。

通过对传动进行修形设计加工后，效果十分显著，其效果对比如表1所示。

由表1可知，通过采用齿轮修形后，在同等条件下，传动效率可提高0.01以上。采用6级精度比采用7级精度，传动效率可提高0.01左右。但由于提高齿轮的制造精度，虽然会提高传动效率，但也会增加制造成本。所以，不是精度越高越好，由此分析可知，选用6级精度齿轮修形可以提高齿轮传动效率。

（2） 改进热处理工艺。相啮合的齿轮中，小齿轮采用调质+中温N-C共渗复合热处理工艺，大齿轮采用退火+齿面淬火工艺，这样既保证齿面硬度及齿芯的韧性，又可提高抗疲劳能力并显著降低粘着磨损。表2为不同热处理条件下，加速720 h后的传动效率对比。

从表2中可以看出，两齿轮采用不同的热处理工艺，由于降低了粘着磨损，其传动效率要明显好于采用相同热处理工艺的齿轮。

（3） 选用合适的润滑剂

目前，通用的减速箱基本上都是采用传统的220号极压工业齿轮油（液态），本机设计时，通过与油品生产厂家合作，成功研发出了一种专用的半流体润滑脂，其润滑效果要明显好于220号极压工业齿轮油。

通过从设计、工艺及润滑三个方面进行分析，并采取对应的措施后，笔者公司研发出了高效陶瓷齿轮减速机的的传动效率达到了0.986。

2.2 降低噪声与温升

为了降低噪声与温升，在轴承间隙设计及润滑方面采取了对应的措施：

（1）轴承的装配间隙，在设计时打破了标准JB/T9050.1-1999《圆柱齿轮减速器通用技术条件》的约束，优化了间隙的合理性，通过优化设计，产品降低噪声方面取得了较好的效果，轴承寿命达到最佳设计区域；

（2）通过与油厂合作，设计出一种润滑效果好、使用寿命长，且有降低噪音效果的油品。

2.3 解决结构的密封性问题

为防止漏油，做到产品在设计寿命内免维护，制定出了以下6条技术措施控制密封效果。

（1） 输出轴和电机轴油封位全部高频处理，有效降低了油封位的磨损。同时，也大大降低了因油封位磨损而引起的漏油；

（2） 油封唇口空腔涂满2/3的二硫化钼锂基脂，降低了油封唇口和油封位的磨损。同时，在运转过程中唇口与轴之间形成的油膜也有效控制润滑油的渗漏；

（3） 整机结构设计的优化，对铸造容易出现沙孔位置进行优化设计，降低铸件出现沙孔漏油隐患；

（4） 壳体铸造工艺改进，使用新型树脂砂，铸件表面光滑平整，减少了铸件气孔，降低气孔渗漏油几率；

（5） 结合面采用O型圈密封，保证密封的可靠性和密封的寿命；

（6） 采用新型润滑油润滑，由传统的220号极压工业齿轮润滑油（液态）更换为半流体润滑脂，大大降低了润滑油的渗漏情况，且这种润滑油寿命长，在使用期间无需更换。

3 陶瓷齿轮减速机的性能及应用

通过有针对性的攻关，所研制的高效陶瓷齿轮减速机具备了较优异的性能，与国内外同类减速机技术相比，具有突出的优点（见表3）。

由表3可知，由于高效陶瓷齿轮减速机具有无漏油，使用寿命长，并免维护等优点，因此，目前已在很多陶瓷企业的窑炉和釉线传动上大量使用。同时，由于陶瓷齿轮减速机外观设计新颖，如图2所示，而且各项指标均达到设计要求，并已通过专家鉴定及质监部门的质量检测。目前，高效陶瓷齿轮减速机已成功应用于陶瓷设备生产企业中，获得了用户们的普遍欢迎，经用户反应，该产品比机械无级变速器和摆线针轮减速机节能10%左右；产品现已进入批量生产阶段，年销值已超1000万元。

4 结论

（1） 陶瓷齿轮减速机采用了紧凑型设计，原材料比无机变速型和摆线针轮型节约50%左右，比国内同类减速机节约30%以上，比国外同类减速机节约10%以上。

（2） 产品整体为封密式结构，使用过程无需加油和换油，在产品设计寿命范围内免维护。

（3） 根据齿轮受力变形情况确定齿轮的齿形修正量，并进行相应的齿形修正，齿轮单级传动效率达到98%以上，比相同规格的机械无级变速器传动效率高30%～70%；比相同规格的摆线针轮减速机高20%以上。比国外同类减速机提高4%以上，经过齿形修正后的齿轮在承载情况下运转平稳、轻快，工作过程中噪声低于65dB（A），整机温升低于25 ℃，国内其它同类产品噪声大于70 dB （A），整机温升高于45 ℃。

（4） 陶瓷齿轮减速机关键部件采用了针对性强的材料并采用复合热处理工艺，采用不同的热处理工艺：相啮合的齿轮中，小齿轮采用调质+中温N-C共渗复合热处理工艺；大齿轮采用调质+齿面淬火工艺，既保证齿面硬度及齿芯的韧性，又能提高抗疲劳能力并显著降低粘着磨损，使用寿命比国内同类产品提高20%～40%。

摘 要：目前，国内陶瓷设备上应用的减速机仍然是20年前引进和消化进口陶瓷设备上配套的机械无级变速器和摆线针轮减速机。但这些减速机具有传动效率低、容易漏油、传动平稳性差、使用寿命短等缺点。本文针对上述问题进行了有针对性的设计与改进，研究出了适合于陶瓷设备上应用的高效率、低温升、长寿命、免维护的齿轮减速机。该机已通过鉴定并应用于生产，同时也为企业带来了较为显著的经济效益。

关键词：陶瓷齿轮减速机；高效；节能；应用

1 前言

目前，国内陶瓷生产设备传动系统中，窑炉和釉线传动大量使用的产品仍然是20年前引进和消化进口陶瓷设备上配套的机械无级变速器和摆线针轮减速机。这两种产品的主要存在传动效率低、能源消耗大；容易漏油、维护费用高； 传动平稳性差；使用寿命短等方面的不足。目前，在国内还没有企业推出可替代适用于陶瓷窑炉和釉线设备的低能秏、高效率齿轮减速机产品。

在国家提出节能降耗的政策，以及机械传动高速发展的今天，节能化、高速化、小型化、低噪音、高效率、高可靠性已成为传动行业发展的方向。面向市场需求和国家产业政策调整趋势，研发高技术含量和附加值的新型节能高效齿轮减速机，打破传统生产线传动模式，对传动行业具有十分重要的意义。而本文研发的陶瓷齿轮减速机正是为适应国家宏观政策及各陶瓷生产企业的高标准要求所进行的，它在节能、高效、产品维护等方面取得较大的突破，并成功应用于陶瓷生产设备中。

2 陶瓷齿轮减速机的研发

陶瓷齿轮减速机主要是围绕着如何提高传动效率、降低噪声与温升、解决结构的密封性等几个难点问题进行研发的。

2.1 提高齿轮的传动效率

齿轮传动效率与齿轮的精度、受力变形、摩擦及润滑等多种因素有关。笔者公司主要从以下几个方面去分析影响齿轮传动的因素，并提出相应的解决措施。

（1） 在设计上，按6级精度进行齿轮设计，根据模拟受力情况对传动齿轮进行齿形修正（见图1）。

通过对传动进行修形设计加工后，效果十分显著，其效果对比如表1所示。

由表1可知，通过采用齿轮修形后，在同等条件下，传动效率可提高0.01以上。采用6级精度比采用7级精度，传动效率可提高0.01左右。但由于提高齿轮的制造精度，虽然会提高传动效率，但也会增加制造成本。所以，不是精度越高越好，由此分析可知，选用6级精度齿轮修形可以提高齿轮传动效率。

（2） 改进热处理工艺。相啮合的齿轮中，小齿轮采用调质+中温N-C共渗复合热处理工艺，大齿轮采用退火+齿面淬火工艺，这样既保证齿面硬度及齿芯的韧性，又可提高抗疲劳能力并显著降低粘着磨损。表2为不同热处理条件下，加速720 h后的传动效率对比。

从表2中可以看出，两齿轮采用不同的热处理工艺，由于降低了粘着磨损，其传动效率要明显好于采用相同热处理工艺的齿轮。

（3） 选用合适的润滑剂

目前，通用的减速箱基本上都是采用传统的220号极压工业齿轮油（液态），本机设计时，通过与油品生产厂家合作，成功研发出了一种专用的半流体润滑脂，其润滑效果要明显好于220号极压工业齿轮油。

通过从设计、工艺及润滑三个方面进行分析，并采取对应的措施后，笔者公司研发出了高效陶瓷齿轮减速机的的传动效率达到了0.986。

2.2 降低噪声与温升

为了降低噪声与温升，在轴承间隙设计及润滑方面采取了对应的措施：

（1）轴承的装配间隙，在设计时打破了标准JB/T9050.1-1999《圆柱齿轮减速器通用技术条件》的约束，优化了间隙的合理性，通过优化设计，产品降低噪声方面取得了较好的效果，轴承寿命达到最佳设计区域；

（2）通过与油厂合作，设计出一种润滑效果好、使用寿命长，且有降低噪音效果的油品。

2.3 解决结构的密封性问题

为防止漏油，做到产品在设计寿命内免维护，制定出了以下6条技术措施控制密封效果。

（1） 输出轴和电机轴油封位全部高频处理，有效降低了油封位的磨损。同时，也大大降低了因油封位磨损而引起的漏油；

（2） 油封唇口空腔涂满2/3的二硫化钼锂基脂，降低了油封唇口和油封位的磨损。同时，在运转过程中唇口与轴之间形成的油膜也有效控制润滑油的渗漏；

（3） 整机结构设计的优化，对铸造容易出现沙孔位置进行优化设计，降低铸件出现沙孔漏油隐患；

（4） 壳体铸造工艺改进，使用新型树脂砂，铸件表面光滑平整，减少了铸件气孔，降低气孔渗漏油几率；

（5） 结合面采用O型圈密封，保证密封的可靠性和密封的寿命；

（6） 采用新型润滑油润滑，由传统的220号极压工业齿轮润滑油（液态）更换为半流体润滑脂，大大降低了润滑油的渗漏情况，且这种润滑油寿命长，在使用期间无需更换。

3 陶瓷齿轮减速机的性能及应用

通过有针对性的攻关，所研制的高效陶瓷齿轮减速机具备了较优异的性能，与国内外同类减速机技术相比，具有突出的优点（见表3）。

由表3可知，由于高效陶瓷齿轮减速机具有无漏油，使用寿命长，并免维护等优点，因此，目前已在很多陶瓷企业的窑炉和釉线传动上大量使用。同时，由于陶瓷齿轮减速机外观设计新颖，如图2所示，而且各项指标均达到设计要求，并已通过专家鉴定及质监部门的质量检测。目前，高效陶瓷齿轮减速机已成功应用于陶瓷设备生产企业中，获得了用户们的普遍欢迎，经用户反应，该产品比机械无级变速器和摆线针轮减速机节能10%左右；产品现已进入批量生产阶段，年销值已超1000万元。

4 结论

（1） 陶瓷齿轮减速机采用了紧凑型设计，原材料比无机变速型和摆线针轮型节约50%左右，比国内同类减速机节约30%以上，比国外同类减速机节约10%以上。

（2） 产品整体为封密式结构，使用过程无需加油和换油，在产品设计寿命范围内免维护。

（3） 根据齿轮受力变形情况确定齿轮的齿形修正量，并进行相应的齿形修正，齿轮单级传动效率达到98%以上，比相同规格的机械无级变速器传动效率高30%～70%；比相同规格的摆线针轮减速机高20%以上。比国外同类减速机提高4%以上，经过齿形修正后的齿轮在承载情况下运转平稳、轻快，工作过程中噪声低于65dB（A），整机温升低于25 ℃，国内其它同类产品噪声大于70 dB （A），整机温升高于45 ℃。

（4） 陶瓷齿轮减速机关键部件采用了针对性强的材料并采用复合热处理工艺，采用不同的热处理工艺：相啮合的齿轮中，小齿轮采用调质+中温N-C共渗复合热处理工艺；大齿轮采用调质+齿面淬火工艺，既保证齿面硬度及齿芯的韧性，又能提高抗疲劳能力并显著降低粘着磨损，使用寿命比国内同类产品提高20%～40%。

摘 要：目前，国内陶瓷设备上应用的减速机仍然是20年前引进和消化进口陶瓷设备上配套的机械无级变速器和摆线针轮减速机。但这些减速机具有传动效率低、容易漏油、传动平稳性差、使用寿命短等缺点。本文针对上述问题进行了有针对性的设计与改进，研究出了适合于陶瓷设备上应用的高效率、低温升、长寿命、免维护的齿轮减速机。该机已通过鉴定并应用于生产，同时也为企业带来了较为显著的经济效益。

关键词：陶瓷齿轮减速机；高效；节能；应用

1 前言

目前，国内陶瓷生产设备传动系统中，窑炉和釉线传动大量使用的产品仍然是20年前引进和消化进口陶瓷设备上配套的机械无级变速器和摆线针轮减速机。这两种产品的主要存在传动效率低、能源消耗大；容易漏油、维护费用高； 传动平稳性差；使用寿命短等方面的不足。目前，在国内还没有企业推出可替代适用于陶瓷窑炉和釉线设备的低能秏、高效率齿轮减速机产品。

在国家提出节能降耗的政策，以及机械传动高速发展的今天，节能化、高速化、小型化、低噪音、高效率、高可靠性已成为传动行业发展的方向。面向市场需求和国家产业政策调整趋势，研发高技术含量和附加值的新型节能高效齿轮减速机，打破传统生产线传动模式，对传动行业具有十分重要的意义。而本文研发的陶瓷齿轮减速机正是为适应国家宏观政策及各陶瓷生产企业的高标准要求所进行的，它在节能、高效、产品维护等方面取得较大的突破，并成功应用于陶瓷生产设备中。

2 陶瓷齿轮减速机的研发

陶瓷齿轮减速机主要是围绕着如何提高传动效率、降低噪声与温升、解决结构的密封性等几个难点问题进行研发的。

2.1 提高齿轮的传动效率

齿轮传动效率与齿轮的精度、受力变形、摩擦及润滑等多种因素有关。笔者公司主要从以下几个方面去分析影响齿轮传动的因素，并提出相应的解决措施。

（1） 在设计上，按6级精度进行齿轮设计，根据模拟受力情况对传动齿轮进行齿形修正（见图1）。

通过对传动进行修形设计加工后，效果十分显著，其效果对比如表1所示。

由表1可知，通过采用齿轮修形后，在同等条件下，传动效率可提高0.01以上。采用6级精度比采用7级精度，传动效率可提高0.01左右。但由于提高齿轮的制造精度，虽然会提高传动效率，但也会增加制造成本。所以，不是精度越高越好，由此分析可知，选用6级精度齿轮修形可以提高齿轮传动效率。

（2） 改进热处理工艺。相啮合的齿轮中，小齿轮采用调质+中温N-C共渗复合热处理工艺，大齿轮采用退火+齿面淬火工艺，这样既保证齿面硬度及齿芯的韧性，又可提高抗疲劳能力并显著降低粘着磨损。表2为不同热处理条件下，加速720 h后的传动效率对比。

从表2中可以看出，两齿轮采用不同的热处理工艺，由于降低了粘着磨损，其传动效率要明显好于采用相同热处理工艺的齿轮。

（3） 选用合适的润滑剂

目前，通用的减速箱基本上都是采用传统的220号极压工业齿轮油（液态），本机设计时，通过与油品生产厂家合作，成功研发出了一种专用的半流体润滑脂，其润滑效果要明显好于220号极压工业齿轮油。

通过从设计、工艺及润滑三个方面进行分析，并采取对应的措施后，笔者公司研发出了高效陶瓷齿轮减速机的的传动效率达到了0.986。

2.2 降低噪声与温升

为了降低噪声与温升，在轴承间隙设计及润滑方面采取了对应的措施：

（1）轴承的装配间隙，在设计时打破了标准JB/T9050.1-1999《圆柱齿轮减速器通用技术条件》的约束，优化了间隙的合理性，通过优化设计，产品降低噪声方面取得了较好的效果，轴承寿命达到最佳设计区域；

（2）通过与油厂合作，设计出一种润滑效果好、使用寿命长，且有降低噪音效果的油品。

2.3 解决结构的密封性问题

为防止漏油，做到产品在设计寿命内免维护，制定出了以下6条技术措施控制密封效果。

（1） 输出轴和电机轴油封位全部高频处理，有效降低了油封位的磨损。同时，也大大降低了因油封位磨损而引起的漏油；

（2） 油封唇口空腔涂满2/3的二硫化钼锂基脂，降低了油封唇口和油封位的磨损。同时，在运转过程中唇口与轴之间形成的油膜也有效控制润滑油的渗漏；

（3） 整机结构设计的优化，对铸造容易出现沙孔位置进行优化设计，降低铸件出现沙孔漏油隐患；

（4） 壳体铸造工艺改进，使用新型树脂砂，铸件表面光滑平整，减少了铸件气孔，降低气孔渗漏油几率；

（5） 结合面采用O型圈密封，保证密封的可靠性和密封的寿命；

（6） 采用新型润滑油润滑，由传统的220号极压工业齿轮润滑油（液态）更换为半流体润滑脂，大大降低了润滑油的渗漏情况，且这种润滑油寿命长，在使用期间无需更换。

3 陶瓷齿轮减速机的性能及应用

通过有针对性的攻关，所研制的高效陶瓷齿轮减速机具备了较优异的性能，与国内外同类减速机技术相比，具有突出的优点（见表3）。

由表3可知，由于高效陶瓷齿轮减速机具有无漏油，使用寿命长，并免维护等优点，因此，目前已在很多陶瓷企业的窑炉和釉线传动上大量使用。同时，由于陶瓷齿轮减速机外观设计新颖，如图2所示，而且各项指标均达到设计要求，并已通过专家鉴定及质监部门的质量检测。目前，高效陶瓷齿轮减速机已成功应用于陶瓷设备生产企业中，获得了用户们的普遍欢迎，经用户反应，该产品比机械无级变速器和摆线针轮减速机节能10%左右；产品现已进入批量生产阶段，年销值已超1000万元。

4 结论

（1） 陶瓷齿轮减速机采用了紧凑型设计，原材料比无机变速型和摆线针轮型节约50%左右，比国内同类减速机节约30%以上，比国外同类减速机节约10%以上。

（2） 产品整体为封密式结构，使用过程无需加油和换油，在产品设计寿命范围内免维护。

（3） 根据齿轮受力变形情况确定齿轮的齿形修正量，并进行相应的齿形修正，齿轮单级传动效率达到98%以上，比相同规格的机械无级变速器传动效率高30%～70%；比相同规格的摆线针轮减速机高20%以上。比国外同类减速机提高4%以上，经过齿形修正后的齿轮在承载情况下运转平稳、轻快，工作过程中噪声低于65dB（A），整机温升低于25 ℃，国内其它同类产品噪声大于70 dB （A），整机温升高于45 ℃。

（4） 陶瓷齿轮减速机关键部件采用了针对性强的材料并采用复合热处理工艺，采用不同的热处理工艺：相啮合的齿轮中，小齿轮采用调质+中温N-C共渗复合热处理工艺；大齿轮采用调质+齿面淬火工艺，既保证齿面硬度及齿芯的韧性，又能提高抗疲劳能力并显著降低粘着磨损，使用寿命比国内同类产品提高20%～40%。