在現(xiàn)代的行星傳動中,為達到大負荷工況(外直徑要小)的工作特性,但在行星傳動中,齒輪傳動的薄弱環(huán)節(jié)常常是齒輪的傳遞,因此,要提高減速機承載力,必須在重載情況下改善其工作性能,以適應重載要求。在重型齒輪傳動中,無論是內、外嚙合齒輪都要滿足其強度和嚙合品質的要求,常規(guī)的設計無法滿足其應用需求。本文結合生產(chǎn)實踐,提出如下建議:
1、增加齒的寬度
在相同的外徑條件下,通過適當增大內齒輪的寬度,可以有效地增大齒輪的承載能力,并提高其承載力矩。同時,在恒定力矩的情況下,能夠降低單位載荷。并能有效地減小齒輪的彎曲,減小噪音的激發(fā),從而達到減小傳動噪音的目的。大的齒寬系數(shù)會使小齒輪產(chǎn)生較大的剛度、較大的變形,從而產(chǎn)生較大的齒寬偏差,從而影響到嚙合的精度。一般情況下,圓柱齒輪的齒寬系數(shù)在0.4-0.8之間。
2、圓弧齒形圓柱齒輪驅動裝置
圓弧齒輪是一種斜齒圓柱齒輪,它是一種具有較高的承載能力、較低的生產(chǎn)成本、加工方法和使用壽命。在模數(shù)為0.8,輸入轉速、工作條件、壽命、寬度等條件下,β=15°的斜齒輪比一般圓柱齒輪高約1.36倍。
3、增加齒輪模數(shù)和增加齒形角
為了保證整機的外徑尺寸,增加載荷,可以通過適當增加齒輪的模數(shù)和減少齒數(shù)來達到。大模數(shù)齒輪能夠有效地改善齒輪的彎曲強度,而彎曲強度則是齒輪的主要性能指標。此外,還可以使齒輪嚙合角度 a’增加,增加齒輪的整體曲率半徑,減小赫茲應力,從而改善其承載性能。
4、增加齒圈的接觸應力
在行星減速器中,內齒圈的硬度通常低于外齒圈,且材質不同,加工和熱處理過程存在差異。行星減速器的校核強度一般是對太陽輪-行星輪傳動的接觸應力進行校核(其嚙合應力應小于太陽輪行星輪許載荷);太陽輪-行星輪的彎曲應力(小于允許的彎曲應力);行星輪-內齒輪的嚙合應力(其嚙合應力小于行星輪的允許彎曲應力)。首先發(fā)生破壞的是環(huán)形齒輪的接觸應力。因此,為了提高軸承的承載能力,必須確保齒圈的接觸應力。
5、齒輪修整
在大載荷作用下,輪齒在嚙合過程中會發(fā)生較大的彎曲變形。由于變形,主動輪參與嚙合齒的基礎節(jié)變短,隨動輪對應的齒節(jié)變長,從而在進、退嚙合過程中出現(xiàn)干擾,并出現(xiàn)在齒頂和齒根,對重負荷的齒輪,通常在齒端進行修形可以避免因齒向誤差造成的齒端超載。采用修邊、修根和齒端修形是提高重負荷齒輪傳動性能的有效途徑。齒頂修邊值與負載的大小有很大的關系,合理的修邊能確保在嚙合(嚙合和嚙合)時的平穩(wěn),減少動載、噪音,改善彎曲和接觸強度。
6、選擇潤滑
潤滑脂的使用是造成齒輪損壞的一個重要因素。潤滑脂的選擇與齒輪的負荷、轉速、齒輪的形式、工作溫度有關,選擇合適的潤滑方法和潤滑油脂,能有效地延長齒輪的使用壽命。
7、齒根噴丸的強化
齒輪的彎曲強度與齒根面的情況有很大的關系。尤其是在齒根處出現(xiàn)了脫碳層等缺陷,這使得齒根處的壓應力很難得到保證,從而導致了齒根處的彎曲疲勞強度下降。這時,通過對齒根面的噴丸去除缺陷,能保證齒根的抗彎強度,并能提高其疲勞強度。
8、綜合調節(jié)設計參數(shù)
在行星減速機上,根據(jù)載荷的大小,對模數(shù)、中心距、齒寬等進行了分析。齒的中心間距、齒寬度與嚙合強度、齒數(shù)、螺旋角、重合度、嚙合角、加工精度、變位系數(shù)等都有一定的關系。在這些因素中,位移因子是一個非常關鍵的因素,對許多其它的因素都有直接的影響。在設計過程中,可以通過調節(jié)變形因子,提高其彎曲強度、提高嚙合質量和湊合中心距,從而提高了齒輪的使用壽命。
9、調節(jié)變位因子
要提高齒輪的受力性能,就需要對其失效原因和失效模式進行分析,找到其主要矛盾,進而確定其選用的基本原理。行星減速機通常使用的是硬齒面(HB<350).硬齒面閉合齒輪的主要危害是齒根處的疲勞裂紋在循環(huán)應力的作用下逐步擴大,從而導致齒根斷裂。然而,在實際應用中,由于齒面磨損剝落,硬齒面齒輪的工作性能下降。因此,在此情況下,應盡可能增加傳動機構的嚙合角度 a (也就是使總位移系數(shù)最大),既能增加接觸強度,又能增加齒形系數(shù)值,增加齒根彎矩。如果需要,也可以合理地配置變位因子,使得兩個齒輪的齒根彎曲強度基本相同。合理選用齒輪傳動機構,可以提高傳動機構20~30%的載荷。
10、齒輪的精度和誤差
齒面強度不但與齒形精度水平相關,還與齒節(jié)的絕對誤差密切相關。如果齒輪的基礎誤差最大,那么輪齒受到的滾壓也就越大,造成的點蝕失效也就越嚴重。所以,必須要嚴加管束。
11、降低輸入速度
減速器的輸出負載力矩與輸出速度之間存在著一定的關系,在保證其使用壽命的前提下,輸出轉速和負載扭矩都很低;輸出速度較慢,負載扭矩較大。高轉速下,齒輪的嚙合次數(shù)越多,則疲勞時間越短,而疲勞時間越長。
12、選用齒輪材料
對重型齒輪,應根據(jù)其工作特性選用合適的材質,以保證其表面的硬度、金屬的耐磨、鐵芯的韌性。要達到上述條件,最適合的是滲碳和淬火的齒輪。對重型齒輪,通常選用含碳小于0.2%的合金鋼,而合金成分主要是鉻、鎳、鉬、鈦等。結果表明,上述成分對提高淬透性、細化晶粒、提高耐磨性、延性等均有明顯的效果。在進行結構設計時,應從強度、工藝等方面進行綜合考慮。