使大功率減速器的工作處于大馬拉小車的狀態(tài),從而,造成能源的巨大浪費(fèi)。因此,為減少能耗,研究如何提高減速器的熱功率具有重要意義。
減速器的機(jī)械功率及熱功率表規(guī)規(guī)格末級中心距機(jī)機(jī)械功率熱熱功率熱熱功率機(jī)械功率影晌減速器熱功率因素齒輪減速器自然散熱的熱功率按下計算式一。一幾式中一環(huán)境溫度,一般取℃一潤滑油允許溫度機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般取℃一散熱面積,,由減速器箱體外形尺寸決定一導(dǎo)熱系數(shù),℃,設(shè)計手冊推薦值一幾一減速器效率,它包括齒輪的嚙合效率,軸承效率及攪油損失效率等。
由上式可見,影響減速器熱功率因素主要是減速器的散熱面積,導(dǎo)熱系數(shù)及效率。
其中下面將從設(shè)計,潤滑,制造及散熱裝置等幾方面來分析提高熱功率的措施。
提高減速器熱功率的措施提高減速效率措施設(shè)計和潤滑方面的措施齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如模數(shù),分度圓直徑,齒寬,變位系數(shù)等,傳動比,軸承的結(jié)構(gòu)形式以及齒輪的潤滑狀態(tài)均對減速器的效率有一定影響。
因此,在設(shè)計減速器時,為提高其效率,應(yīng)綜合考慮影響傳動效率的各因素,針對不同類型的減速器,采取相應(yīng)的技術(shù)措施。
一高速輕載減速器的設(shè)計減速器在高速輕載情況下的功率損失主要是空載損失,可采取下列措施以減少損失改善軸承支承條件,選用小直徑系列的輕型軸承,而且軸承采用稀油潤滑。
盡量減少齒輪齒寬和節(jié)圓直徑,以降低節(jié)線速度。
采用粘度較小的潤滑油,以減少攪油損失。
在保證潤滑充分的條件下,減少齒輪箱的供油量,以減少潤滑油加速的功率損失。
二重載減速器的設(shè)計低速重載減速器的功率損失主要是滑動摩擦損失高速重載減速器各部分損失都占有一定的比例,可采取下列措施以減少損失盡可能采用齒寬較小,直徑較大的齒輪,以改善潤滑條件并減少攪油損失。
在彎曲強(qiáng)度允許的條件下,選用較小模數(shù)的齒輪以減少齒輪接觸線長度,從而減少滑動摩擦損失。
適當(dāng)變位和合理分配變位系數(shù),以降低齒面間的相對滑動速度,減少滑動摩擦損失。
采用粘度大的潤滑油,有利于形成動壓油膜,改善潤滑狀態(tài)。
高速重載減速器,有條件的話可采用油霧潤滑,減少攪油損失。
制造方面的措施齒輪的加工精度對摩擦損失有很大的影響,許多學(xué)者根據(jù)不同的加工方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比,發(fā)現(xiàn)精度高的齒輪摩擦損失小,但對其中主要的影響因素究竟是齒形誤差,齒距誤差,還是表面粗糙度尚缺少研究。
齒輪的齒面粗糙度越高,摩擦系數(shù)就越大,結(jié)果摩擦功率的損失也越大。
若載荷不變,當(dāng)齒面粗糙度較大時,齒面直接接觸,使齒輪處于邊界潤滑,這時摩擦系數(shù)很大。
隨著潤滑條件的改善,當(dāng)齒面的油膜厚度接近表面粗糙度時,摩擦系數(shù)在這一范圍變化較大,但相對邊界潤滑時要小一些。
當(dāng)表面粗糙度很小,潤滑油膜使兩運(yùn)動表面完全脫開時,摩擦系數(shù)取決于流體的內(nèi)摩擦阻力,隨著滑動速度的增加,流體的內(nèi)摩擦阻力也隨之增大。
可見,齒面粗糙度可影響齒輪的潤滑狀態(tài),同時它也決定了摩擦系數(shù)的大小。
各種加工方法,齒輪的熱處理和表面特殊處理,都將對齒輪的齒面形貌和金相組織產(chǎn)生決定性的影響。
而這種形貌特征又決定了齒輪工作時潤滑油膜厚度的形成,對齒面之間的摩擦系數(shù)有著較明顯的影響,從而也決定了摩擦損失的大小。
因此,這兩方面也是影響齒輪效率的有效因素。
為了提高減速器效率,在保證制造成本經(jīng)濟(jì)合理要求的前提下,可適當(dāng)采取如下措施。
采用新工藝,新材料,如加工方法的改進(jìn),選擇最佳的加工技術(shù)參數(shù)等,保證較好的加工精度及表面質(zhì)量,以摩擦體之間的摩擦系數(shù)最小。
采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚰氨砻嫣幚矸椒ǎ员WC齒廓具有最佳的硬度和彈性,齒輪經(jīng)熱處理后表面結(jié)構(gòu)的硬度和彈性都得到了必要改善,這種特性在考慮齒輪彈性變形,油的粘度及壓粘效應(yīng)的分析時尤為重要。
因此,研究齒輪的摩擦學(xué)必須和齒輪的熱處理聯(lián)系起來。
另外齒輪表面滲碳層的深度對磨齒有影響,對齒輪嚙合時的變形也有影響。
因此也給其潤滑狀態(tài)帶來影響,由此可見,合理的熱處理和表面特殊處理對提高齒輪傳動的效率具有十分重要的作用。
采用適當(dāng)?shù)募庸し椒ㄒ员WC加工的表面質(zhì)量,現(xiàn)階段的計算是先把接觸表面看成光滑表面計算油膜厚度,然后再與粗糙度相比較,而實(shí)際上應(yīng)考慮粗糙度對油膜厚度的影響。
從理論上講,表面形貌不能簡單地用粗糙度來描述,粗糙度很小時的齒面,分子鍵的結(jié)合力增大有時也會產(chǎn)生膠合,粗糙度高的表面倒不一定產(chǎn)生膠合。
齒輪的形貌受到齒面最終加工方法的影響,因此采用適當(dāng)?shù)募庸し椒ǖ玫讲煌凝X面形貌,對改善齒面的摩擦損失提高齒輪傳動效率必定有明顯的作用。
增大減速器導(dǎo)熱系橄措施從三個影響因素中不難看出,增大散熱面積勢必會增大箱體的外形尺寸減速器總效率受制造精度等因素的限制,要提高是十分困難的導(dǎo)熱系數(shù)由工作環(huán)境情況決定,當(dāng)外界工作環(huán)境惡劣時,導(dǎo)熱系數(shù)受到限制。
因此通常采用風(fēng)扇散熱,盤狀管通水冷卻及板塊式或列管式散熱裝置來降低油溫提高導(dǎo)熱系數(shù)。
下面是對各散熱方法進(jìn)行的分析比較。
風(fēng)扇散熱利用風(fēng)扇散熱簡單易行而且操作方便。
現(xiàn)以齒輪試驗(yàn)臺的試驗(yàn)齒輪箱的散熱進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)時在離開試驗(yàn)齒輪軸端面巧處放置一臺電風(fēng)扇,為使試驗(yàn)接近于工業(yè)風(fēng)扇的工況,在電風(fēng)扇葉片的外周裝一特制的罩子,控制進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)沿軸向流動。
電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速有高,中,低三檔,經(jīng)過測試其風(fēng)速分別為,,,在每檔風(fēng)速下試驗(yàn)三至四次,其中高速檔風(fēng)速時齒輪箱的熱功率試驗(yàn)結(jié)果的平均值為,比自然散熱的熱功率提高,若在減速器高速軸上安裝工業(yè)風(fēng)扇,其散熱效果比普通電風(fēng)扇更好一些。
因此,采用風(fēng)扇散熱是提高熱功率有效的方法。
但風(fēng)扇散熱方法的缺陷是在某些情況不太適合,例如在煤礦井下對齒輪箱散熱時,使用風(fēng)扇會嚴(yán)重污染周圍的工作環(huán)境和機(jī)械設(shè)備,并且它是利用輻射換熱,因此,所能散失的熱量也有限。
盤狀甘散熱將盤狀管安裝于齒輪箱底部并通冷卻水,可有效地增大導(dǎo)熱系數(shù)降低油溫,提高熱功率。
同樣以齒輪試驗(yàn)臺的試驗(yàn)齒輪箱的散熱進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)減速器采用油池潤滑,現(xiàn)專門設(shè)計并制造一盤狀管,并巧妙地利用了齒輪箱的透氣孔與放油孔實(shí)現(xiàn)安裝,可以通水直接冷卻齒輪箱內(nèi)潤滑油。
在冷卻水的不同流速和流量下,對盤狀管的散熱效應(yīng)進(jìn)行了多次試驗(yàn),結(jié)果表明采用盤狀管散熱,其散熱效果與冷卻水的流速,流量有直接關(guān)系。
本試驗(yàn)中,當(dāng)冷卻水的流速為,相應(yīng)的水流量為,進(jìn)水與出水的溫度差為℃時,其散熱效果最佳,其熱功率為腸,比自然散熱的熱功率提高,比風(fēng)扇散熱效果更好。但盤狀管散熱結(jié)構(gòu)由于受減速器箱體內(nèi)安裝空間的限制,盤狀管的盤繞長度不能很長,故而其散熱效果受到限制。
板塊式與列工式散熱裝工散熱板塊式散熱裝置有銅質(zhì)和鋁質(zhì)兩種,列管式散熱裝置用銅管制造。
對這兩種散熱裝置分別設(shè)計加工了試件,并裝入同樣的齒輪試驗(yàn)臺的試驗(yàn)齒輪箱進(jìn)行試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表。
可見,列管式散熱裝置的散熱效果最好,可使熱功率提高,而銅質(zhì)板塊式散熱裝置又優(yōu)于鋁質(zhì)。
板塊式和列管式散熱裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,安裝較方便,散熱效果較好而且易于系列化。
散熱裝置性能參數(shù)表散散熱裝置類型型冷卻水流速速冷卻水流流進(jìn)出水溫差差熱功率率熱功率提高高,℃銅銅質(zhì)板塊式式鋁鋁質(zhì)板塊式式列列管式冷油器器結(jié)語齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇設(shè)計,合理的潤滑手段以及采用先進(jìn)的制造技術(shù)可提高減速器的效率,從而有效地提高其熱功率。
安裝散熱裝置是增大散熱系數(shù)的有效方法。
在散熱裝置的選擇中,應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和散熱效果。
板塊式與列管式散熱裝置比風(fēng)扇和盤狀管有更好的散熱效果。
對于功率大于腸以上的大功率減速器,用一般的散熱裝置難于見效時,可采用外循環(huán)冷卻系統(tǒng),即在減速器體外設(shè)置專門的潤滑系統(tǒng),利用潤滑油進(jìn)油和出油的溫差實(shí)現(xiàn)熱交換散熱,改善潤滑條件,提高熱功率。