齿轮箱内部结构与参数的调整与优化措施研究

齿轮箱内部结构与参数的调整与优化措施研究

马明祥

大唐哈密十三师清洁能源开发有限公司  新疆哈密市  839000

摘要：齿轮箱是机械装备十分重要的基础组成部件，绝大部分的机械装备的主传动方式都是齿轮传动。而现代工业对机械设备性能的要求越来越高，作为机械设备主传动部件的齿轮箱，对其性能的要求也在不断的提高。本文对齿轮箱进行了详细的论诉，介绍了齿轮箱内部结构与参数，并对此提出了调整与优化措施，希望能够对齿轮性性能的提升有所帮助，能够推动机械设备的进步与发展。

关键词：箱体结构；轴系零件；螺旋角；压力角

0 引言

在现代工业体系中，齿轮传动是应用范围最广的一种机械传动方式，齿轮传动拥有质量小、体积小、传动比大、传动效率高的优点，几乎可以应用在一切的功率和转数传动中。但是随着科学技术的不断发展与进步，齿轮传动的转速越来越高，负载越来越大，精度越来越高，这就对齿轮传动的性能有了更高的要求，因此在齿轮箱的设计时需要对齿轮箱的结构参数进行不断的优化升级。

1 齿轮箱简介

齿轮箱是一种可以实现力的传动的一种机构，它可以将目标电机的转速转换到设备实际需要的转速，并实现力矩的改变，是目前应用范围最广的动力与运行传递的机构。齿轮箱在实际用用主要有以下几个作用：1）实现转数的改变，通过两个齿数不同的齿轮实现转速的改变，这种齿轮箱通常又被称为变速齿轮箱。2）传动方向的改变，例如通过两个扇形的齿轮可以实现力的垂直传动。3）齿轮箱受到的功率相同的情况下，转速越高的齿轮，轴所受到的力矩越小，反之转数越低的齿轮，轴所受到的力矩越大，从而实现转动力矩的改变。4）原本啮合的齿轮受到外力的作用而分开，那么其力和转动的传送过程就会被打断，电机负载就会被断开，这个过程通常被称为离合。5）实现动力的分配，齿轮箱的主动轴带动多个从动轴，就可以用一台电机带动多个负载，实现将一台电机的动力分配给多个负载【1】。

2 齿轮箱机构及其设计优化

2.1 齿轮箱结构简述

齿轮箱的结构不是一成不变的，不同的功能和类型的齿轮箱结构的差异性较大，但是其基本组成结构不会变化，主要分为箱体、轴系零件和附件三部分。

2.1.1 箱体结构

齿轮箱的箱体结构主要是起到支撑和固定齿轮箱的轴系零件的作用，为了保证轴系零件轴线位置的精准度，箱体结构上孔的位置和加工精度必须得到保证。为了保证沿着齿轮齿宽上的载荷能够均匀分布与整个齿宽上，齿轮箱体的强度和刚度必须达到一定的标准，最常用的增强齿轮箱刚度的办法就是在齿轮箱上增加筋板。箱体通常被设计制造成削分式，削分面通常选择轴系零件的轴线所在的水平面，这样既能够保证轴系零件安装和拆卸的便捷性，也方便箱体结构的加工。

2.1.2 轴系零件

齿轮箱的轴系零件主要包括齿轮箱的轴、轴承及安装在轴上的零件，是实现齿轮箱力和转动传递的主要的功能性部件，按照其功能的不同通常分为主动轴系零件和传动轴系零件两类。轴承上零件的固定主要通过轴肩、卡簧及轴承端盖固定，轴承端盖与箱体结构上的轴孔端面之间加装调整垫片，实现对轴承游隙的调整。轴系零件的润滑方式选用油浸润滑，而轴承采用润滑脂润滑的方式进行润滑，因此通常在轴承两端加装封油环，防止箱体中其他零件的润滑液进入轴承。

2.1.3 附件

齿轮箱的附件主要包括：1）通气器，主要功能是实现箱体内部和大气环境的联通，保证轴承箱体内的压力稳定，避免因轴承箱温度的升高而造成轴承箱内部气压的升高。2）油位指示器，主要是为了方便观察齿轮箱内润滑液的高度，方便及时补充润滑液，避免齿轮箱内润滑液的缺失。3）放油孔塞，在进行润滑液的更换或者齿轮箱的维修时需要将齿轮箱内的润滑液通过放油孔排放干净，平时放油孔用放油孔塞进行堵漏密封，防止齿轮箱内的润滑液从放油孔泄露。

2.2 齿轮箱结构设计优化

齿轮箱结构的设计优化是为了提升齿轮箱的动力和转动传送的效率，提升齿轮箱的使用性能和使用期限，齿轮箱结构的优化设计主要包含科学合理的选择齿轮、优化齿轮的布局、轴承的选型及油封的优化几个方面。在实际齿轮箱的设计时通常需要电机的参数、传动的形式等参数建立齿轮箱的动态仿真模型，对齿轮箱在启动、运行、停机时各种工况进行模拟，用专业的计算软件计算出齿轮箱各个部件在运行过程受到的载荷，并以此为依据进行齿轮箱结构的设计与优化。齿轮材料和模数的选择对齿轮的使用年限和使用过程中的噪音有着直接的影响，为了提升齿轮的使用年限，可以使用高强度的合金钢齿轮，以此来降低齿轮在使用过程中磨损，齿轮的模数的增加会使齿轮承载的负荷得到提升，从而增大齿轮在运行过程中的噪音。优化齿轮的布局，降低齿轮间的干涉效应也能够有效的降低齿轮的磨损和运行过程中的噪音。对齿轮箱轴承的选择进行优化，转速较高的齿轮箱宜选择滚动轴承，能够有效提升齿轮箱的承载能力，但是运行过程中发出的噪音较大，转速较低的齿轮性宜选用滑动轴承，虽然承载能力较滚动轴承有所降低，但是发出的噪音明显减少。对油封的优化设计主要更具齿轮箱运行时的温度范围科学合理的选择油封的材质，丁腈橡胶油封的适用温度范围为-40摄氏度到120摄氏度之间，亚力克橡胶油封的适用温度范围为-30摄氏度到180摄氏度之间，氟橡胶油封的适用温度范围为-25摄氏度到300摄氏度之间

【2】。

3 齿轮参数及其优化

3.1齿轮模数及其优化

在齿轮的弯曲强度达到设计的要求的前提下，齿轮的模数越小，齿轮副的重合度越大，齿轮在进行加工时的切削量也越小，齿轮的加工成本越低。但是模数越小的齿轮强度越低，在进行齿轮的加工和安装过程中齿轮折断的风险越高，因此在齿轮模数选择时，通常选择较大的模数。齿轮模数在实际的设计过程中通常选用0.015～0.02倍的齿轮传动的中心距。

3.2 齿轮齿数及其优化

齿轮在加工的过程中，刀具的顶部会将齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分，因此在加工小齿轮时在齿数上有一定的要求。在进行齿轮的设计时，在齿轮直径确定的状况下，齿轮齿数的增加和模数的减少都能够实现传动质量的稳步提升，因此在进行齿轮的设计时，如果齿轮的直径已经确定，在满足齿轮弯曲强度要求的情况下，应该设计较多的齿数。

3.3 齿轮螺旋角及其优化

在进行齿轮的设计时，斜齿轮的螺旋角选择的太小，会影响斜齿轮传动的平稳性、受到的冲击、发出振动和噪声，螺旋角选择的太大，虽然斜齿轮的重合度会提升，传动的平稳性也会提高，但是轴向力会明显增大，因此在实际设计时斜齿轮的螺旋角应在8°～15°之间进行选择。而对于普通圆柱圆柱齿轮而言，如果的齿轮的转速较低，齿轮的扭矩较大，螺旋角通常在8°～12°之间进行选择，如果的齿轮的转速较高，齿轮的扭矩较小，为了减小齿轮在运行过程中的噪音，螺旋角通常在10°～15°之间进行选择【3】。

3.4 齿轮压力角及其优化

齿轮的压力角越大，齿轮齿厚和节点的齿廓曲率半径也越大，齿轮传动的弯曲强度也随之提高，因此对一般用途的齿轮，我国通常选择压力角为20度。但是对于特殊用途的齿轮箱，齿轮的弯曲强度要求较高，压力角的选用25度，例如航空用的齿轮箱。如果齿轮传动的重合度接近2的告诉齿轮传动，为了增加齿轮的柔性，降低齿轮运行过程中的噪音和承受的动载荷，压力角通常在16°～18°之间进行选择。

结束语：

齿轮箱结构和参数的调整与优化对提升齿轮箱的性能有着十分重要的作用，通过优化齿轮箱齿轮的选择、齿轮的布局、轴承的选型及油封的选择，对齿轮模数、齿数、螺旋角及压力角的优化选择，能够实现齿轮箱性能的提升，促进机械设备的发展。

参考文献：

【1】王颖，王三民，郭家舜 . 高速重载齿轮传动多目标优化设计研究［J］.机械设计与制造，2012（9）：7-9.

【2】蔡学熙． 现代机撇计方法实用手册【Ｍ】 ． 北京： 化学工业出版社， ２００５．

【3】 朱孝录等． 齿轮传动设计手册【Ｍ】 ． 北京： 化学工业出版社，

２００４．