使大功率减速器的工作处于大马拉小车的状态,从而,造成能源的巨大浪费。因此,为减少能耗,研究如何提高减速器的热功率具有重要意义。
减速器的机械功率及热功率表规规格末级中心距机机械功率热热功率热热功率机械功率影晌减速器热功率因素齿轮减速器自然散热的热功率按下计算式一。一几式中一环境温度,一般取℃一润滑油允许温度机械行业标准一般取℃一散热面积,,由减速器箱体外形尺寸决定一导热系数,℃,设计手册推荐值一几一减速器效率,它包括齿轮的啮合效率,轴承效率及搅油损失效率等。
由上式可见,影响减速器热功率因素主要是减速器的散热面积,导热系数及效率。
其中下面将从设计,润滑,制造及散热装置等几方面来分析提高热功率的措施。
提高减速器热功率的措施提高减速效率措施设计和润滑方面的措施齿轮的结构参数如模数,分度圆直径,齿宽,变位系数等,传动比,轴承的结构形式以及齿轮的润滑状态均对减速器的效率有一定影响。
因此,在设计减速器时,为提高其效率,应综合考虑影响传动效率的各因素,针对不同类型的减速器,采取相应的技术措施。
一高速轻载减速器的设计减速器在高速轻载情况下的功率损失主要是空载损失,可采取下列措施以减少损失改善轴承支承条件,选用小直径系列的轻型轴承,而且轴承采用稀油润滑。
尽量减少齿轮齿宽和节圆直径,以降低节线速度。
采用粘度较小的润滑油,以减少搅油损失。
在保证润滑充分的条件下,减少齿轮箱的供油量,以减少润滑油加速的功率损失。
二重载减速器的设计低速重载减速器的功率损失主要是滑动摩擦损失高速重载减速器各部分损失都占有一定的比例,可采取下列措施以减少损失尽可能采用齿宽较小,直径较大的齿轮,以改善润滑条件并减少搅油损失。
在弯曲强度允许的条件下,选用较小模数的齿轮以减少齿轮接触线长度,从而减少滑动摩擦损失。
适当变位和合理分配变位系数,以降低齿面间的相对滑动速度,减少滑动摩擦损失。
采用粘度大的润滑油,有利于形成动压油膜,改善润滑状态。
高速重载减速器,有条件的话可采用油雾润滑,减少搅油损失。
制造方面的措施齿轮的加工精度对摩擦损失有很大的影响,许多学者根据不同的加工方法进行实验对比,发现精度高的齿轮摩擦损失小,但对其中主要的影响因素究竟是齿形误差,齿距误差,还是表面粗糙度尚缺少研究。
齿轮的齿面粗糙度越高,摩擦系数就越大,结果摩擦功率的损失也越大。
若载荷不变,当齿面粗糙度较大时,齿面直接接触,使齿轮处于边界润滑,这时摩擦系数很大。
随着润滑条件的改善,当齿面的油膜厚度接近表面粗糙度时,摩擦系数在这一范围变化较大,但相对边界润滑时要小一些。
当表面粗糙度很小,润滑油膜使两运动表面完全脱开时,摩擦系数取决于流体的内摩擦阻力,随着滑动速度的增加,流体的内摩擦阻力也随之增大。
可见,齿面粗糙度可影响齿轮的润滑状态,同时它也决定了摩擦系数的大小。
各种加工方法,齿轮的热处理和表面特殊处理,都将对齿轮的齿面形貌和金相组织产生决定性的影响。
而这种形貌特征又决定了齿轮工作时润滑油膜厚度的形成,对齿面之间的摩擦系数有着较明显的影响,从而也决定了摩擦损失的大小。
因此,这两方面也是影响齿轮效率的有效因素。
为了提高减速器效率,在保证制造成本经济合理要求的前提下,可适当采取如下措施。
采用新工艺,新材料,如加工方法的改进,选择最佳的加工技术参数等,保证较好的加工精度及表面质量,以摩擦体之间的摩擦系数最小。
采用适当的热处理工艺及表面处理方法,以保证齿廓具有最佳的硬度和弹性,齿轮经热处理后表面结构的硬度和弹性都得到了必要改善,这种特性在考虑齿轮弹性变形,油的粘度及压粘效应的分析时尤为重要。
因此,研究齿轮的摩擦学必须和齿轮的热处理联系起来。
另外齿轮表面渗碳层的深度对磨齿有影响,对齿轮啮合时的变形也有影响。
因此也给其润滑状态带来影响,由此可见,合理的热处理和表面特殊处理对提高齿轮传动的效率具有十分重要的作用。
采用适当的加工方法以保证加工的表面质量,现阶段的计算是先把接触表面看成光滑表面计算油膜厚度,然后再与粗糙度相比较,而实际上应考虑粗糙度对油膜厚度的影响。
从理论上讲,表面形貌不能简单地用粗糙度来描述,粗糙度很小时的齿面,分子键的结合力增大有时也会产生胶合,粗糙度高的表面倒不一定产生胶合。
齿轮的形貌受到齿面最终加工方法的影响,因此采用适当的加工方法得到不同的齿面形貌,对改善齿面的摩擦损失提高齿轮传动效率必定有明显的作用。
增大减速器导热系橄措施从三个影响因素中不难看出,增大散热面积势必会增大箱体的外形尺寸减速器总效率受制造精度等因素的限制,要提高是十分困难的导热系数由工作环境情况决定,当外界工作环境恶劣时,导热系数受到限制。
因此通常采用风扇散热,盘状管通水冷却及板块式或列管式散热装置来降低油温提高导热系数。
下面是对各散热方法进行的分析比较。
风扇散热利用风扇散热简单易行而且操作方便。
现以齿轮试验台的试验齿轮箱的散热进行试验,试验时在离开试验齿轮轴端面巧处放置一台电风扇,为使试验接近于工业风扇的工况,在电风扇叶片的外周装一特制的罩子,控制进风与出风沿轴向流动。
电风扇的转速有高,中,低三档,经过测试其风速分别为,,,在每档风速下试验三至四次,其中高速档风速时齿轮箱的热功率试验结果的平均值为,比自然散热的热功率提高,若在减速器高速轴上安装工业风扇,其散热效果比普通电风扇更好一些。
因此,采用风扇散热是提高热功率有效的方法。
但风扇散热方法的缺陷是在某些情况不太适合,例如在煤矿井下对齿轮箱散热时,使用风扇会严重污染周围的工作环境和机械设备,并且它是利用辐射换热,因此,所能散失的热量也有限。
盘状甘散热将盘状管安装于齿轮箱底部并通冷却水,可有效地增大导热系数降低油温,提高热功率。
同样以齿轮试验台的试验齿轮箱的散热进行试验,试验减速器采用油池润滑,现专门设计并制造一盘状管,并巧妙地利用了齿轮箱的透气孔与放油孔实现安装,可以通水直接冷却齿轮箱内润滑油。
在冷却水的不同流速和流量下,对盘状管的散热效应进行了多次试验,结果表明采用盘状管散热,其散热效果与冷却水的流速,流量有直接关系。
本试验中,当冷却水的流速为,相应的水流量为,进水与出水的温度差为℃时,其散热效果最佳,其热功率为肠,比自然散热的热功率提高,比风扇散热效果更好。但盘状管散热结构由于受减速器箱体内安装空间的限制,盘状管的盘绕长度不能很长,故而其散热效果受到限制。
板块式与列工式散热装工散热板块式散热装置有铜质和铝质两种,列管式散热装置用铜管制造。
对这两种散热装置分别设计加工了试件,并装入同样的齿轮试验台的试验齿轮箱进行试验,其试验结果的有关数据列于表。
可见,列管式散热装置的散热效果最好,可使热功率提高,而铜质板块式散热装置又优于铝质。
板块式和列管式散热装置的优点是结构简单,安装较方便,散热效果较好而且易于系列化。
散热装置性能参数表散散热装置类型型冷却水流速速冷却水流流进出水温差差热功率率热功率提高高,℃铜铜质板块式式铝铝质板块式式列列管式冷油器器结语齿轮结构参数的合理选择设计,合理的润滑手段以及采用先进的制造技术可提高减速器的效率,从而有效地提高其热功率。
安装散热装置是增大散热系数的有效方法。
在散热装置的选择中,应综合考虑经济性和散热效果。
板块式与列管式散热装置比风扇和盘状管有更好的散热效果。
对于功率大于肠以上的大功率减速器,用一般的散热装置难于见效时,可采用外循环冷却系统,即在减速器体外设置专门的润滑系统,利用润滑油进油和出油的温差实现热交换散热,改善润滑条件,提高热功率。