曹俊

摘要：在機(jī)械傳動(dòng)行業(yè)中主要有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)，在齒輪傳動(dòng)中主要有圓柱齒輪傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)以及錐齒輪傳動(dòng)。由于錐齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)輸入軸和輸出軸空間嚙合傳動(dòng)且傳遞效率較高而得到廣泛的應(yīng)用。其中等頂隙弧齒錐齒輪可以進(jìn)行磨削加工，在重載高速的工況中應(yīng)用很普遍，但是其軸向力大，且隨轉(zhuǎn)向會(huì)發(fā)生變化。軸向力過(guò)大會(huì)降低軸承的壽命，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)去使錐齒輪產(chǎn)生的軸向力和圓柱斜齒輪產(chǎn)生的軸向力進(jìn)行部分抵消是我們研究的方向。

關(guān)鍵詞：齒輪傳動(dòng);弧齒;錐齒輪;軸向力

0? 引言

錐齒輪傳動(dòng)齒輪箱在各行業(yè)的應(yīng)用非常普遍，主要以格里森錐齒輪和克林貝格制等高齒錐齒輪為主。由于格里森弧齒錐齒輪可以磨削齒面，加工效率較高，其具有承載能力高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、對(duì)安裝誤差和變形不敏感，常用于v>5m/s或轉(zhuǎn)速n>1000rpm及重載傳動(dòng)。但是其軸向力大，且隨轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，本文介紹一種設(shè)計(jì)方法使大錐齒輪的軸向力與其同軸的圓柱斜齒輪的軸向力方向相反，可以抵消一大部分，從而減小對(duì)軸承的壽命的影響。

1? 弧齒錐齒輪受力分析

扭矩方向（旋轉(zhuǎn)方向）為：從小端向大端方向看：順時(shí)針為右旋，逆時(shí)針為左旋;旋向方向?yàn)椋簭男《讼虼蠖朔较蚩?順時(shí)針為右旋，逆時(shí)針為左旋;軸向力方向?yàn)椋盒《酥赶虼蠖藶檎?大端指向小端為負(fù);徑向力方向?yàn)椋褐赶蜉S心的方向?yàn)檎?/p>

1.1 主動(dòng)齒輪受力分析（表1）

由于弧齒錐齒輪的β=35°，α=20°，可以得到表2。

其中：軸向力方向?yàn)椋盒《酥赶虼蠖藶檎?大端指向小端為負(fù);徑向力方向?yàn)椋褐赶蜉S心的方向?yàn)檎?/p>

1.2 從動(dòng)齒輪受力分析（表3）

由于弧齒錐齒輪的β=35°，α=20°，可以得到表4。

其中：軸向力方向?yàn)椋盒《酥赶虼蠖藶檎?大端指向小端為負(fù);徑向力方向?yàn)椋褐赶蜉S心的方向?yàn)檎?/p>

2? B3SH12減速機(jī)錐齒輪軸向力分析

該減速機(jī)為礦山皮帶機(jī)用減速機(jī)，其速比區(qū)間為25：1～40：1，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)理念，我們將錐齒輪的軸向力進(jìn)行計(jì)算分析。

2.1 減速機(jī)裝配示意圖（圖1）

根據(jù)圖1我們可以得出輸入錐齒輪的輪齒旋向?yàn)橛倚箦F齒輪的輪齒旋向?yàn)樽笮?，二?jí)軸齒輪的旋向?yàn)樽笮?，二?jí)盤(pán)齒輪的旋向?yàn)橛倚?/p>

2.2 減速機(jī)錐齒輪軸向力分析

2.2.1 扭矩方向? 從輸入錐齒輪軸小端來(lái)看為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，來(lái)分別分析錐齒輪產(chǎn)生的軸向力方向：（表5）

2.2.2 扭矩方向? 從輸入錐齒輪軸小端來(lái)看為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，來(lái)分別分析錐齒輪產(chǎn)生的軸向力方向。（表6）

2.3 盤(pán)齒輪和二級(jí)軸齒輪的軸向力分析計(jì)算? 按照減速機(jī)額定功率的0.5倍來(lái)選取工作機(jī)功率來(lái)分別計(jì)算不同速比區(qū)間的盤(pán)齒輪和二級(jí)軸齒輪的軸向力。

2.3.1 扭矩方向? 從輸入錐齒輪軸小端來(lái)看為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，來(lái)分別計(jì)算大錐齒輪產(chǎn)生的軸向力，二級(jí)軸齒輪產(chǎn)生的軸向力和合力大小及方向。（表7）

根據(jù)表7可以得出在速比為20：1～28：1的范圍內(nèi)大錐齒輪和二級(jí)軸齒輪的軸向力可以抵消一部分，但是在速比為31.5：1～40：1的范圍內(nèi)軸向力為兩者疊加。具體如圖2。

根據(jù)圖2可以得出大錐齒輪的軸向力大小相對(duì)二級(jí)軸齒輪的軸向力大小要小，合成后的軸向力在速比為20：1～28：1的范圍內(nèi)部分抵消，在速比為31.5：1～40：1的范圍內(nèi)兩者疊加。

2.3.2 扭矩方向? 從輸入錐齒輪軸小端來(lái)看為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，來(lái)分別計(jì)算大錐齒輪產(chǎn)生的軸向力，二級(jí)軸齒輪產(chǎn)生的軸向力和合力大小及方向。（表8）

根據(jù)表8可以得出在速比為20：1～40：1的范圍內(nèi)大錐齒輪和二級(jí)軸齒輪的軸向力大部分進(jìn)行抵消，具體如圖3。

根據(jù)圖3可以得出大錐齒輪的軸向力大小相對(duì)二級(jí)軸齒輪的軸向力大小接近，方向相反，合成后的軸向力在全速比范圍內(nèi)進(jìn)行大部分抵消，其合成后的軸向力大大減小，減低了對(duì)軸承壽命的影響。

3? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的分析可以得出我們可以根據(jù)工作機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)減速機(jī)的布置形式及齒輪的旋向，使大錐齒輪的軸向力和二級(jí)軸齒輪的軸向力進(jìn)行大部分抵消，從而可以大大降低了軸承所受的軸向力，提高軸承的壽命。

參考文獻(xiàn)：

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