齒輪組(由多個齒輪組合形成的系統)

齒輪組是指由減速機、齒輪、滾動軸承、滑動軸承等需要潤滑的部件組成，同時還有一些其它的部件組成的，提高這些部件的潤滑效率，就提高了生產的安全性和增加了設備的壽命，降低了勞動強度，提高了企業的經濟效益。

基本介紹

• 中文名：齒輪組
• 外文名：gear set
• 所含部件：減速機，齒輪，滾動、滑動軸承
• 缺點：齒輪組強度不足，易損壞
• 存在問題：潤滑系統失效
• 套用領域：冶金設備，傳動箱等
• 作用：傳遞扭矩、改變速度、扭矩方向

簡介

齒輪組是指由很多齒輪組合在一起形成的一個小的系統，有很多大小不同的齒輪組成，而且所有的齒輪保持相同的旋轉速度（線速度）。主要是用來傳遞扭矩、改變速度和改變扭矩方向的。在冶金設備，傳動箱等都有很大的套用，在現在的製造上還存在一些問題需要解決。

設計原則

當所設計的齒輪傳動在不穩定載荷下工作或兩相嚙合的齒輪都是硬齒面(HB>350)時，為使其失效不集中在某幾個輪齒上而提前報廢,應使其中一個齒輪的任一輪齒與相嚙合的另一個齒輪的任一輪齒都有嚙合的機會，而且機會均等。在這種情況下，齒數比的選擇原則是:兩齒輪齒數互質。一般要求相鄰齒輪齒數公約數儘量小，這樣一個齒上的形變可以均勻磨到儘量多的齒上。

齒輪的嚙合過程不僅受齒廓載荷分布的影響，同時還受齒向載荷分布的影響。在高精度齒輪加工中，常採用配磨工藝來補償製造和安裝誤差產生的偏差,以保證在常溫空載狀態下齒輪沿齒寬方向均勻接觸!。在實際的齒輪修形過程中，關鍵需要分清哪些變形可以忽略，而哪些變形必須重點分析。

齒輪磨損

雖然工具機變速箱嚙合齒輪組的套用技術比較成熟，但其嚙合齒輪組會隨著工作時間的增加而發生齒輪磨損,主要包括齒面接觸疲勞磨損和齒根彎曲疲勞磨損，導致齒輪使用壽命大為減短。

研究現狀

現國內外有一些研究機構和學者已經對工具機變速箱嚙合齒輪組進行了一定研究工作。就國內而言，大連理工大學的郝東升等針對多個行星輪均布的大功率直齒行星傳動系統,提出了最佳化齒輪修形參數的設計方法，建立了有限元模型,最終最佳化了齒輪修形參數”。重慶大學的姚陽迪針對高速重載齒輪系統；展開了齒輪彈性接觸、對流傳熱,齒廓修形研究，確定了基於熱彈變形的理想齒輪修形曲線。中北大學的趙心遠等通過對齒輪受載情況的分析，介紹了因輪修形的原理和方法,並對齒輪修形的發展趨勢進行總結。另外，濟寧學院的袁野重點介紹了齒輪修形的概念機類型,提出了齒輪修形是降低噪聲的重要方法”。在國外也有學者對變速箱嚙合齒輪組做了研究,義大利AlessioAroni等提出了一種針對小齒輪的新穎的恢復準雙曲面齒輪輪齒偏離的方法,使得初始設計的傳輸特性和高水平準確性得以恢復，法國的J.Bruyere等提出了一種評估齒形修正對最小化傳輸誤差的影響,認為最佳化參數有利於齒廓設計的。

研究意義

齒輪組齒形的修正可以提高嚙合齒輪組的穩定性，降低齒輪受載變形和製造、裝配誤差引起的嚙合衝擊，改善齒面的潤滑狀態,以獲得更為均勻的齒面載荷分布。本文利用NX與ANSYS的接口技術,提出了工具機變速箱嚙合齒輪組齒形修正的最佳化設計方法,結合瞬態動力學分析和齒輪材料特性,改善了齒輪組嚙合過程的時變應力分布情況，保證了該齒輪組工作過程的可靠性和穩定性。

潤滑系統

潤滑與機械設備的運轉息息相關，有人形象地把潤滑油比喻為機械設備的血液，可以說失去了潤滑，就沒有機械設備的存在。冶金行業作為工業的基礎，其工作各個環節離不開齒輪傳遞。由於齒輪之間的相對滑動造成的磨損加劇了齒輪的損壞，加入潤滑介質提高傳遞效率和降低齒輪的摩擦磨損具有重要的作用。

潤滑系統失效形式

在齒輪傳動的過程中，由於潤滑油具有一定的黏性，因此很容易形成具有一定厚度的彈性潤滑油膜，油膜的厚度決定了潤滑的效果。太厚的油膜厚度會加劇傳動設備的振動進而影響傳動效率；太薄的油膜厚度會加劇傳動部件之間的磨損進而降低使用壽命。因此研究外因參數對油膜厚度的影響是分析齒輪組潤滑系統失效的關鍵所在。綜合前人的研究成果，目前關於齒輪組潤滑系統失效形式有以下兩種情況：

1)沒有正確選用潤滑油，從而超出潤滑油本身的使用性能。這種形式在齒輪組潤滑失效形式中占很少一部分。

2)正確選用齒輪組潤滑油。由於高溫、重載、高速與工作環境惡劣等原因導致失效，這種形式在齒輪組潤滑失效形式中占絕大部分。

潤滑系統失效因素

冶金設備中齒輪組運行的時候，潤滑效果受到很多因素的影響，以下分別從溫度、載荷、速度三個主要影響方面來考慮其對搖臂潤滑系統的影響。

溫度

目前，齒輪組用潤滑介質都有一定的揮發性，加之工作時的持續高溫，潤滑介質受高溫會蒸發，蒸發導致潤滑系統缺油，會引起潤滑不足，造成齒輪箱齒輪和軸承磨損和劃傷，嚴重時導致齒面膠合和抱軸事故的發生。參考潤滑油的化學特眭，當潤滑油的溫度在70℃以上的環境中持續使用的時候，會大大降低潤滑油的黏性，進而影響到工作效率吲。潤滑油作為一種液體材料，其黏度收到溫度的影響很大。一般情況下，潤滑油的黏度隨著溫度的升高表現出降低的變化趨勢。邊界潤滑效果對流體油膜的形成影響很大。邊界潤滑是潤滑油和齒輪表面的相對滑動，如果溫度過高會降低相對滑動的效率，也就是說會使得潤滑油像水一樣，這無形中會加劇齒輪的表麵點蝕的發生，進而使得潤滑失效的加劇發生。

載荷

載荷能夠加劇油膜的壓力變形，進而對油膜厚度造成很大的影響，為此研究載荷對潤滑的時效影響。無論是在何種載荷條件下，在曲線的頸縮處，油膜厚度均達到最小值。隨著載荷的增加，油膜厚度表現出明顯的減小趨勢，太小的油膜厚度會影響到潤滑油的流動，降低潤滑效果。這也是重載運輸設備潤滑效果失效率高，容易產生齒輪點蝕的原因。

速度對潤滑失效影響

齒輪的旋轉速度影響到潤滑油的移動速度，油膜的形成與潤滑油的移動速度影響很大，為此研究齒輪旋轉速度對潤滑的時效的影響。無論是在何種齒輪旋轉速度條件下，油膜厚度隨著齒輪旋轉速度的增加表現出明顯的增加趨勢，齒輪旋轉速度對油膜厚度分布影響很大。

空壓機齒輪組

介紹

空壓機是氣動系統的核心設備 ，是將電動機的機械能轉換成氣體壓力能的裝置 ，廣泛套用於車輛制動 、大型船用柴油機的起動 、風洞實驗 、地下通道換氣 、輪胎充氣以及工業生產活動中 ，為企業主要耗能設備之一 ，進行空壓機的節能研究具有理論和實際套用價值且多有報導 ，其主要通過採用變頻控制系統實現節能通過更換空壓機齒輪組降低能耗的研究鮮有報導 。

通過更換空壓機齒輪組節能的可行性

空壓機的選擇主要依據氣動系統的工作壓力和容積流量兩個參數 ，確定空壓機的輸出壓力和吸入流量 ，最終選取空壓機的型號 ；空壓機的產氣量和壓力與缸徑 、缸數 、電機功率以及轉速四者有關 ；當產氣量一定的時候 ，缸徑及缸數大時轉速低 ，缸徑及缸數小時轉速高 。在功率不變的情況下 ，當轉速發生變化時 ，容積流量和工作壓力也相應發生變化 ；轉速低時 ，工作壓力大 、排氣量小 ；轉速高時 ，工作壓力小 、排氣量大 。因為壓力變大會導致油的密封性變差 。 因此對於同一功率空壓機可通過更換齒輪組（改變缸徑和缸數）來調整主機技術曲線 、改變其轉速 ，從而達到增加出氣量 、降低能耗的效果 。

齒輪組參數最佳化CAD系統

齒輪組參數最佳化 CAD 系統是面向用戶開發的程式，用戶不關心內部程式如何實現，感受到的是系統的實用性，操作界面簡單，容易上手，設計結果可靠這才是用戶最關心的，所以系統的可視化界面是否設計得當是評價一款軟體的重要標準，本節主要內容是對整個CAD 系統的各個界面進行設計。

雖然國內外眾多學者都對汽車變速器齒輪 CAD 系統的開發以及齒輪最佳化設計做出了不懈的努力，取得了許多研究成果，也為今後的研究提供了很多的借鑑，但由於各種原因，到目前為止還沒有一款經濟有效的開發軟體，能夠同時具有自動化生產與最最佳化設計為一體的變速器齒輪設計系統。造成目前在變速器齒輪製造中仍然採用的是常規的設計方法，設計結果不理想，開發周期長，不能適應市場快速發展的趨勢，究其原因主要有下面幾方面：

(1)雖然達到了套用的要求，可以實現汽車變速器設計的自動化，但因為其開發成本高，維護費用昂貴，導致一些中小企業無力購買使用，不能夠廣泛推廣使用，這些軟體主要以國外開發的齒輪設計軟體為主。

(2)對用戶有較高要求，操作複雜，需要投入大量的資金進行軟體本身的專業學習培訓，這也成為許多企業與工人無法使用的一個弊端，這部分以國外大型齒輪開發軟體為主。

(3)開發的軟體達不到既定的設計要求，設計質量不能被保證。國內大多數開發的設計系統，要不只是實現了齒輪的自動化設計，沒有最佳化設計。要不在最佳化方面採用常規最佳化方法，不能夠達到最最佳化設計，造成設計結果不能達到滿意的效果。所以，雖然前人都進行了很多的研究，但仍然存在較大的研究空間，也具有很高的研究價值，利用前人的研究成果，總結經驗，利用更加先進的方法，真正實現汽車變速器的自動化設計和最佳化。