减速器齿轮件热功率损失分析研究

    赵昕

    摘 要：减速器的功率损失由齿轮功率损失和轴承功率损失等组成，重点给出了齿轮功率损失的计算方法，减速器齿轮件热功率损失由啮合损失、风阻损失和搅油损失构成，啮合损失由Coy & Townsend方法计算，风阻损失由Anderson方法计算。

    关键词：齿轮；减速器；功率损失

    中图分类号：TH1324 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.010

    0 引言

    减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。减速器工作时会产生一定的热功率损失，若减速器系统散热能力不足，就会导致减速器温度升高，从而影响润滑油的性能，引起系统润滑、密封失效；进而使齿面产生胶合或轮齿热變形，甚至轮齿金属相变，使系统传动性能恶化[1-2]。因此，准确计算减速器的功率损失，合理选择润滑系统，对减速器的使用寿命和承载能力具有重要意义。

    本文阐明了减速器齿轮件热功率损失的计算方法和计算步骤。减速器工作过程中产生的热源主要来自各种摩擦副的功率损失，主要包括齿轮啮合功率损失、轴承的功率损失，为了分析更为精确还应考虑齿轮的搅油损失和风阻损失及密封件的摩擦损失等。

    1 齿轮的功率损失

    减速器内的齿轮热功率损失为所有齿轮件的啮合损失、风阻损失和搅油损失之和。

    2 啮合损失

    齿轮啮合的损失分别包括了滚动摩擦损失和滑动摩擦损失两部分。在其中，滑动摩擦损失的大小取决瞬态滑移速度、摩擦力与瞬态摩擦系数。而滚动摩擦损失取决瞬态的滚动速度与瞬态的润滑油膜厚度。

    Coy & Townsend方法[3]：该方法需要先计算出齿轮啮合的滑动摩擦与滚动摩擦的损失，然后两者相加得出总啮合的效率损失。

    滑动摩擦损失计算公式为

    ps=2×10-3fs（1）

    滚动摩擦损失计算公式为

    pr=9×104×rbmc（2）

    齿轮啮合的效率总损失为

    pGn=ps+pr（3）

    3 风阻损失

    风阻损失是齿轮在齿轮箱的油气空间中旋转时和油气发生摩擦从而产生的功率损失，影响风阻损失大小的主要因素包括了齿轮的转速、齿轮的大小以及油气的黏度、密度等。下面介绍两种风阻损失的计算方法。

    Anderson法[4]：这种齿轮风阻损失计算方法是根据透平转子风阻损失研究结果提出的，但是在风阻损失方程中没有考虑到齿轮模数和螺旋角的影响。

    风阻损失pGf的计算公式为

    4 搅油损失

    齿轮搅油损失PGj指浸在润滑油中的齿面和齿轮端面因搅动润滑油而产生的能量损失，油的黏度，齿轮转速，工作时温度，齿轮的模数，螺旋角以及齿轮的浸油深度等是影响搅油损失的因素。

    5 总结

    减速器内的齿轮热功率损失由所有齿轮件的啮合损失、风阻损失和搅油损失之和组成，用公式可表示为

    PG=PGn+PGf+PGj（5）

    通过以上介绍，能够计算出减速器在工作中齿轮部分的功率损失，但整个减速器的功率损失还与轴承、密封件等零件有关。

    参考文献：

    [1] 阮忠唐，赵玉良，王培楩，等.渐开线圆柱齿轮减速器的热功率计算[J].重型机械，1989（6）：37-44+55.

    [2] 马璇，李建华，陈国定.减速器齿轮传动系统的稳态热分析及试验研究[J].西北工业大学学报，2002（1）：32-35.

    [3] 王树人.齿轮啮合理论简明教程[M].天津：天津大学出版社，2005.

    [4] ISO. Gears-Thermal capacity： Part 1： Rating gear drives with thermal equilibrium at 95℃ sump temperature： ISO/TR 14179-1：2001 [S]. Geneva： International Organization for Standardization， 2001：15-16.