減速器齒輪件熱功率損失分析研究

趙昕

摘 要：減速器的功率損失由齒輪功率損失和軸承功率損失等組成，重點給出了齒輪功率損失的計算方法，減速器齒輪件熱功率損失由嚙合損失、風阻損失和攪油損失構成，嚙合損失由Coy & Townsend方法計算，風阻損失由Anderson方法計算。

關鍵詞：齒輪；減速器；功率損失

中圖分類號：TH1324 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.05.010

0 引言

減速器是一種由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪-蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用作原動件與工作機之間的減速傳動裝置。減速器工作時會產生一定的熱功率損失，若減速器系統散熱能力不足，就會導致減速器溫度升高，從而影響潤滑油的性能，引起系統潤滑、密封失效；進而使齒面產生膠合或輪齒熱變形，甚至輪齒金屬相變，使系統傳動性能惡化[1-2]。因此，準確計算減速器的功率損失，合理選擇潤滑系統，對減速器的使用壽命和承載能力具有重要意義。

本文闡明了減速器齒輪件熱功率損失的計算方法和計算步驟。減速器工作過程中產生的熱源主要來自各種摩擦副的功率損失，主要包括齒輪嚙合功率損失、軸承的功率損失，為了分析更為精確還應考慮齒輪的攪油損失和風阻損失及密封件的摩擦損失等。

1 齒輪的功率損失

減速器內的齒輪熱功率損失為所有齒輪件的嚙合損失、風阻損失和攪油損失之和。

2 嚙合損失

齒輪嚙合的損失分別包括了滾動摩擦損失和滑動摩擦損失兩部分。在其中，滑動摩擦損失的大小取決瞬態滑移速度、摩擦力與瞬態摩擦系數。而滾動摩擦損失取決瞬態的滾動速度與瞬態的潤滑油膜厚度。

Coy & Townsend方法[3]：該方法需要先計算出齒輪嚙合的滑動摩擦與滾動摩擦的損失，然后兩者相加得出總嚙合的效率損失。

滑動摩擦損失計算公式為

ps=2×10-3fs（1）

滾動摩擦損失計算公式為

pr=9×104×rbmc（2）

齒輪嚙合的效率總損失為

pGn=ps+pr（3）

3 風阻損失

風阻損失是齒輪在齒輪箱的油氣空間中旋轉時和油氣發生摩擦從而產生的功率損失，影響風阻損失大小的主要因素包括了齒輪的轉速、齒輪的大小以及油氣的黏度、密度等。下面介紹兩種風阻損失的計算方法。

Anderson法[4]：這種齒輪風阻損失計算方法是根據透平轉子風阻損失研究結果提出的，但是在風阻損失方程中沒有考慮到齒輪模數和螺旋角的影響。

風阻損失pGf的計算公式為

4 攪油損失

齒輪攪油損失PGj指浸在潤滑油中的齒面和齒輪端面因攪動潤滑油而產生的能量損失，油的黏度，齒輪轉速，工作時溫度，齒輪的模數，螺旋角以及齒輪的浸油深度等是影響攪油損失的因素。

5 總結

減速器內的齒輪熱功率損失由所有齒輪件的嚙合損失、風阻損失和攪油損失之和組成，用公式可表示為

PG=PGn+PGf+PGj（5）

通過以上介紹，能夠計算出減速器在工作中齒輪部分的功率損失，但整個減速器的功率損失還與軸承、密封件等零件有關。

參考文獻：

[1] 阮忠唐，趙玉良，王培楩，等.漸開線圓柱齒輪減速器的熱功率計算[J].重型機械，1989（6）：37-44+55.

[2] 馬璇，李建華，陳國定.減速器齒輪傳動系統的穩態熱分析及試驗研究[J].西北工業大學學報，2002（1）：32-35.

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[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.