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齒輪傳動機械的現狀和趨勢

作者: 發布日期:2014-12-16 15:05:19 點擊:

齒輪是傳遞運動和動力的機械裝置,具有悠久的曆史,我國在公元前400-200年便開始使用齒輪。古代的指南車的核心機械即爲齒輪,迄今發現最早的青銅齒輪在山西省。目前,齒輪傳動裝置廣泛應用于工農業生産的各個領域,是應用最多、最廣泛的傳動元件。由于具有速比範圍大、傳遞功率大、可靠性高、傳動比准確、壽命長等優點,是大多數機械設備必不可少的傳動部件,齒輪加工技術甚至被認爲是衡量機械工業水平的重要標志。目前全國共有齒輪生産廠近600家,齒輪年産量達4000余萬套,減速器年産量爲30-40萬台。在各個品種和規格的齒輪加工機床、刀具和量具方面已達到了國際先進制造水平,並形成了完整的配套體系。

    近些年我国在各工业领域大量引进了大型成套设备,其中的高速重载齿轮是其关键部件。我国相关科研院所在此基础上,通过引进相关齿轮制造软件技术和科研攻关逐步加以消化和吸收,在代表齿轮制造工业发展水平的高精度、高硬齿面齿轮国产化方面取得重要成就。从发展趋势上看,齿轮装置在向小型化、高速化、低噪声、高可靠性、标准化、系列化方向不断发展。尽管目前电传动技术和其他机械部件技术实现了快速发展,但各种类型的齿轮传动依然在工业生产和工程应用领域中占据主导地位,并持续相当长的发展阶段。

    目前常见的齿轮箱按照结构形式可分为七类,即渐开线圆柱齿轮、摆线针轮定轴传动、圆弧圆柱齿轮传动、锥齿轮传动及准双曲面齿轮传动、蜗杆传动、渐开线行星齿轮传动、非园齿轮传动等。不同形式的齿轮结构在传动速比、传动效率、转速、润滑要求、工作可靠性、成本效率等方面各有不同优势和劣势,在设备选型时需要综合考虑以下几方面的因素。

    1、工作机对齿轮箱的结构和动力参数的要求,如传动结构尺寸、质量、功率、转速、效率、传动比、负荷特性等;

    2、工作机对齿轮箱的性能要求,如:工作可靠性、使用寿命、噪音、振动、温升和传动精度;

    3、齿轮箱技术的先进性、合理性、经济性、通用互换性等;

    4、齿轮产品的低成本、高效率、高精度、高可靠性。

    齿轮材料的选择和齿轮的工作可靠性、使用寿命、工作效率、润滑要求等密切相关。在齿轮传递动力和改变速度的运动过程中,啮合齿面之间同时存在滚动和滑动摩擦,齿面还受到脉动或交变弯曲应力的作用,还有齿面可能发生磨损、胶合及疲劳破坏,因此要求齿轮具有优良的耐磨性能、抗接触疲劳性能和抗弯曲疲劳性能,即要求齿轮材料表面硬度高、强度高、芯部韧性好且硬化层分布合理。在实际选用中还应根据需要和使用条件如负荷、速度、温度、可靠性、质量、精度、价格等因素来确定齿轮选材。

    目前,工业制造领域的齿轮选材主要以钢为主,包括各种低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢。而铝、镁、钛、铜合金、铸铁,甚至塑料和木材等都可用于制作齿轮。通常,为了改善和提高齿轮材料的性能或降低成本,可以采用化学处理、表面强化处理以及复合处理等表面改性技术。

    选取齿轮材料要充分考虑材料的经济性、强度和齿轮精度等,不同设备的需求自然也大为不同。就仪器设备、家用器具、玩具等小负荷齿轮而言,可以选择造价低、生产率高的复合塑料齿轮。而坦克、冷轧机等重负荷执行机械,则需要材料及加工要求更高的各种金属和合金材料。如果在航空航天工业中应用,则要求更高的可靠性、精度和轻重量,制造成本放在次要位置。