二级齿轮减速器的失效形式及改善措施

2019-02-16王嘉琪

设备管理与维修 2019年19期

王嘉琪

（北京化工大学机电工程学院，北京 100029）

0 引言

在很多实际工程应用当中，完成任务所需的转速很低，然而工厂使用发电机通常情况下转速很高，功率又很大。为了满足实际操作工况，在原动机和执行机构之间加入减速器。最常见的减速器是二级齿轮减速器。齿轮减速器是一种很常用的机械传动的装置。通常在原动机和执行机构之中加入减速器来降低运转速度或改变机构运动形式。在实际工程中，希望在满足工作条件的情况下，延长工作寿命以降低经济成本。通常，齿轮的选取及传动比不合理，轴段的分配及轴承的选择和连接件强度不够等均会影响齿轮箱寿命，最终失效。需要从多方面去考虑问题并提出措施。

1 二级减速器工作原理

以展开式二级减速器为例，它是由两对两两啮合的齿轮套在三根轴上组成，电机通过带传动将功率和转速传输到第一根轴，即高速轴。但由于轴本身在工作时存在效率损失，轴输出到与之相连的小齿轮上的功率和转矩略微减小，小齿轮通过与大齿轮啮合将转矩和转速传递到大齿轮上，大齿轮与中速轴相连。此时，第二根轴——中速轴的转速降低，大齿轮与小齿轮同轴，小齿轮再通过与之啮合的大齿轮达到降低转速的目的。低速轴随大齿轮大大降低转速，并与执行构件相连。

2 失效形式及原因

2.1 齿轮失效

一般齿轮减速器为闭式，齿轮根据转速大小用溅油润滑或脂润滑。因此闭式齿轮的失效形式主要有轮齿折断和齿面点蚀。轮齿折断是按照齿根弯曲疲劳强度设计计算的，而齿面点蚀是按照齿面接触疲劳强度设计计算的。根据计算结果可知，按齿面接触疲劳强度计算的齿轮模数大于按齿根弯曲疲劳强度计算的模数，模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力。分度圆直径的大小取决于接触疲劳强度所决定的承载能力，因此失效更容易发生在齿根弯曲。根据弯曲疲劳校核计算，齿轮的齿数是影响失效的首位因素，进一步说，分配的传动比不合理也将直接导致齿轮失效。其次是模数，由于模数是标准值，需根据设计的实际模数向上圆整，模数过小会导致分度圆直径过小，不一定能达到承载能力而失效。齿轮的材料碳钢居多，通常不会失效，需要注意的是对于软齿面齿轮，小齿轮的硬度要大于大齿轮30～50 HBS。

2.2 轴及轴承的失效

2.3 连接件的失效

在装配齿轮和轴时，根据结构的需求可将轴设计成齿轮轴，与齿轮做为一体，也可以设计出键槽，通过键连接将齿轮安装上。键是连接两个零件的载体，因此如果键的强度不够也会直接影响到其他零件的工作及运转。在键的类型及选取时，由于半圆键键槽太深，对轴的作用力削弱大，因此不考虑，一般使用普通平键居多。引起平键强度不够而失效的因素有键宽，键高、键的工作长度以及载荷。键的基本尺寸由轴的直径来定，键宽和高是标准值。而键的长度代号是根据轴段的长度以及装配情况来定的，键长要比轴段长度要小，否则装配零件会与轴肩干涉。需要注意的是，选取A，B，C 型键时工作长度的计算也不相同。键一般选用45#钢材料，如果选用铸铁键所能够承受的载荷就要大大降低。还需考虑载荷是动载荷还是静载荷，动载荷下的许用应力随着载荷越剧烈越小。

3 改善措施

3.1 齿轮改善措施

为了保证齿轮良好啮合不失效，并考虑箱体尺寸及经济性，在设计齿轮时应注意传动比的选取，在二级齿轮减速箱中，第一级的传动比不能过大，否则会使带轮不易安装；相邻两级之间的传动比差值不要太大，否则造成箱体外廓尺寸过大。同时模数也会影响齿轮的强度以及分度圆的直径。在疲劳弯曲校核中，模数不一定就近向上圆整成标准值就能符合条件。如果模数太小会导致齿轮分度圆很小，只有嵌入式端盖才能用于装配，但是嵌入式端盖很难拆装一般不使用，还需根据结构需求来定。绝大多数齿轮箱用油润滑，为保证充分润滑和散热，大齿轮的齿顶到油池底面的高度应大于（30～50）mm。如果齿轮浸油深度不及齿轮分度圆半径的1/6，则使用溅油轮润滑。