齿轮箱是一种广泛应用于许多行业的基础传 动装置, 其产品水平及性能直接决定着配套主机 的水平及性能, 因此多年来人们对有关齿轮箱的 设计研究和探索从来没有停止过。 本文讨论齿轮 箱开发设计中的几个基本问题, 应说明的是, 以 下所述齿轮箱系指各类减速箱、 增速箱、 变速箱 等, 其传动型式可选择齿轮传动、 蜗轮蜗杆传 动、 行星齿轮传动、 摆线针轮传动及以上各种传 动的组合。 由于使用要求及环境的不同, 齿轮箱 的类型及结构型式多种多样, 设计原则及方法也 各不相同, 这里仅就其基本及共性问题进行分 析、 总结、 概括, 试图归纳出对产品的开...

　　齿轮箱是一种广泛应用于许多行业的基础传 动装置, 其产品水平及性能直接决定着配套主机 的水平及性能, 因此多年来人们对有关齿轮箱的 设计研究和探索从来没有停止过。 本文讨论齿轮 箱开发设计中的几个基本问题, 应说明的是, 以 下所述齿轮箱系指各类减速箱、 增速箱、 变速箱 等, 其传动型式可选择齿轮传动、 蜗轮蜗杆传 动、 行星齿轮传动、 摆线针轮传动及以上各种传 动的组合。 由于使用要求及环境的不同, 齿轮箱 的类型及结构型式多种多样, 设计原则及方法也 各不相同, 这里仅就其基本及共性问题进行分 析、 总结、 概括, 试图归纳出对产品的开发设计 有实用价值的一些原则及方法, 以便使产品的开 发设计更快捷、 更高效。 1 设计的输入条件 产品开发设计的一个重要前提条件是首先要 对产品的使用工况及要求有全面深刻的了解, 它 一般包括下述几个方面的要求, 也即通常所说的 产品开发设计的输入条件: ( 1)动力传递要求, 如原动机及工作机类 型、传递功率及转矩、载荷特征及变化规律等。 ( 2)工作转速要求, 如输入、 输出转速值及 变化规律、 有无空档及反转等要求。 ( 3)起动及过程要求, 如有无带载起动、 过 程制动及逆止、 过载保护及起动时间与电流等 要求。 ( 4)工作环境及状况要求, 如工作温度、 湿 度、 海拔高度、 起动频率及工作制度等。 ( 5)密封要求, 如接触还是非接触密封、 浮 动密封或其它密封, 压力要求及操控方式 ( 液 动、 气动或手动)。 ( 6)润滑及冷却要求, 如自身润滑还是循环 润滑, 水冷还是风冷。 ( 7) 安装及连接要求, 如安装方位及方式、 输入与输出的形式及连接方式等。 ( 8)监控要求, 如温度、 振动状态、 润滑状 # 144 # 重 型 机 械 2010 ( S2) 况指示等。 ( 9) 其它特殊要求。 审定开发设计的输入条件时应特别注意设计 载荷的确定, 尤其是对重载传动或有高可靠性要 求及对产品的体积、 重量有特殊要求时更应如 此。 有条件时尽量按实测载荷谱进行设计, 当没 有载荷谱可用时, 也要尽可能类比类似工况时的 设计载荷进行设计。 对一些专用产品, 注意要满 足其相应行业标准或规范的要求。 2 设计目标 不同使用环境下齿轮箱产品开发设计所追求 的目标也各不相同, 大体可分为: 大功率重载齿轮箱: 设计目标为高可靠性、 长寿命, 典型实例为风力发电增速箱、 热连轧主 传动齿轮箱, 立磨齿轮箱等。 车辆及船用齿轮箱: 设计目标为体积小、 重 量轻、 有换档要求时应操纵灵活及平顺, 典型实 例为工程机械变速箱、 车辆行走齿轮箱及船用推 进齿轮箱等。 高精度齿轮箱: 设计目标为输出转速波动小、 回差小、 振动小等。 典型实例为伺服传动齿轮箱、 箔带精轧机齿轮箱、 数控机床传动齿轮箱等。 通用齿轮箱: 设计目标为模块化、 系列化及 标准化程度高、 互换性好、 价格适中。 高速齿轮箱: 设计目标为传动平稳、 振动及 噪声小、 动力学性能好。 典型实例为汽轮机增速 箱、高速线材轧机齿轮箱等。 带载起动齿轮箱: 设计目标为输出转速或力 矩可控、 过载能力强。 典型实例为皮带输送机齿 轮箱、 起重机提升齿轮箱、 搅拌机齿轮箱等。 一般用途齿轮箱: 设计目标为造价低、 精度 不高。 典型实例为农机齿轮箱、 手动齿轮箱等。 事实上, 对一个具体的齿轮箱产品, 其设计 目标也有可能会同时具备以上所述的多个特征, 自然其设计要求也就要复杂些, 要具体问题具体 分析, 这样才能有针对性的解决具体问题。 确定 了齿轮箱开发设计所追求的目标, 可有助于建立 产品优化设计时的目标函数, 或应重点关注的设 计要素及方向。 3 设计的六大特性 在系统总结多年从事传动齿轮箱设计开发经 验的基础上, 对于现行的各种类型齿轮箱, 在进 行其具体的设计开发时, 一般而言, 应遵循的原 则可概括为下述六个方面, 或称为六大特性, 如 图 1 所示。 图 1 齿轮箱设计的六大特性 311 产品设计的系统性 在进行产品设计前, 应对产品的应用环境、 载荷状况、 作业条件、 重要程度等进行全面了 解, 将产品置于整机应用系统中去评判其对产品 设计和制造工艺的要求。 系统性应关注的问题主要是: ( 1)产品在系统中的作用及重要性, 如对产 品的寿命、 可靠性、 重量等的要求。 ( 2)系统应用方面对产品的特殊要求, 如带 载起动情况、 软起动要求、 制动要求、 逆止或超 越要求、 频繁起制动或反转要求、 匀速要求、 有 无封闭功率存在。 ( 3)从优化系统动态性能方面对产品的相关 要求, 如风力发电增速箱、 精轧机齿轮箱都对其 整个系统的振动固有频率和振型的影响有一定 要求。 系统性观点是进行产品设计的重要前提。它 是产品设计应关注的宏观层面的问题, 对传动系 统的许多要求, 如软起动、 制动、 调速、 逆止或 超越等, 往往要结合系统的整体设计方能完成, 因此系统性观点