齒輪箱原理和維修

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1、齒輪箱結(jié)構(gòu)原理及維修 序 齒輪箱是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，它可將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換到所要的轉(zhuǎn)數(shù)，并能改變轉(zhuǎn)矩。在目前用于傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，齒輪箱的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機(jī)車，建筑用的重型機(jī)械，機(jī)械工業(yè)所用的加工機(jī)器及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常見的家電，鐘表等等.其應(yīng)用從大動(dòng)力的傳輸工作，到小負(fù)荷，精確的角度傳輸都可以見到齒輪箱的應(yīng)用。因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設(shè)備。 內(nèi)容了解齒輪箱的功能、類別及特點(diǎn)了解齒輪箱各組成零件的結(jié)構(gòu)及功用，并分析其結(jié)構(gòu)工藝性了解齒輪箱中零件的裝配關(guān)系及安裝、調(diào)整過程學(xué)習(xí)齒輪箱的基本參數(shù)測(cè)定方法 了

2、解軸承和齒輪的潤(rùn)滑 1.定義：齒輪箱，又名變速箱，是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，通過不同齒數(shù)的齒輪嚙合，將馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換到執(zhí)行設(shè)備需要的轉(zhuǎn)數(shù)，并能改變轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。 2.作用：a、加速減速,就是常說的變速齒輪箱。 b、改變傳動(dòng)方向，例如我們用兩個(gè)扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。 c、改變轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。同等功率條件下，速度轉(zhuǎn)的越快的齒輪,軸所受的力矩越小，反之越大。 d、離合功能：我們可以通過分開兩個(gè)原本嚙合的齒輪,達(dá)到把發(fā)動(dòng)機(jī)與負(fù)載分開的目的。比如剎車離合器等。 e、分配動(dòng)力。例如我們可以用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過齒輪箱主軸帶動(dòng)多個(gè)從軸，從 而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多個(gè)負(fù)載的功能。 齒輪齒輪箱 蝸桿齒輪箱 行星齒

3、輪箱 圓柱齒輪齒輪箱圓錐齒輪齒輪箱圓錐圓柱齒輪齒輪箱圓柱蝸桿齒輪箱圓弧齒蝸桿齒輪箱錐蝸桿齒輪箱蝸桿齒輪齒輪箱漸開線行星齒輪齒輪箱擺線齒輪齒輪箱諧波齒輪齒輪箱3.齒輪箱分類：a、按齒輪形狀分類 b、按變速次數(shù)分類 4.特點(diǎn)：b、實(shí)現(xiàn)平行軸、直交軸、立式、臥式通用箱體，零部件種類減少，規(guī)格型號(hào)增加。 c、采用吸音箱體結(jié)構(gòu)、較大的箱體表面積和大風(fēng)扇、圓柱齒輪和螺旋錐齒輪均采用先進(jìn)的磨齒工藝，使整機(jī)的溫升、噪聲降低、運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性得到提高，傳遞功率增大。 d、輸入方式：電機(jī)聯(lián)接法蘭、軸輸入。 e、輸出方式：帶平鍵的實(shí)心軸、帶平鍵的空心軸、脹緊盤聯(lián)結(jié)的空心軸、花鍵聯(lián)結(jié)的空心軸、花鍵聯(lián)結(jié)的實(shí)心軸和法蘭聯(lián)結(jié)的

4、實(shí)心軸。 f、齒輪箱安裝方式：臥式、立式、擺動(dòng)底座式、扭力臂式。 a、齒輪箱采用通用設(shè)計(jì)方案，可按客戶需求變型為行業(yè)專用的齒輪箱。 下圖齒輪系中Z1=20，Z2=40，Z3=20，Z4=60，傳動(dòng)比i145.傳動(dòng)比： 齒輪箱的結(jié)構(gòu)隨其類型和要求不同而異，其基本結(jié)構(gòu)由箱體、軸系零件和附件三部分組成。1箱體結(jié)構(gòu)v 齒輪箱的箱體用來支承和固定軸系零件，應(yīng)保證傳動(dòng)件軸線相互位置的正確性，因而軸孔必須精確加工。箱體必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以免引起沿齒輪齒寬上載荷分布不勻。為了增加箱體的剛度，通常在箱體上制出筋板。v 為了便于軸系零件的安裝和拆卸，箱體通常制成削分式。剖分面一般取在軸線所在的 水平面內(nèi)（

5、即水平剖分），以便于加工。箱蓋和箱座之間用螺栓聯(lián)接成一整體，為了使軸承座旁的聯(lián)接螺栓盡量靠近軸承座孔，并增加軸承支座的剛性，應(yīng)在軸承座旁制出凸臺(tái)。設(shè)計(jì)螺栓孔位置時(shí)，應(yīng)注意留出扳手空間。 水 平 剖 分 1.一級(jí)圓柱齒輪齒輪箱 2.軸系零件v 圖中高速級(jí)的小齒輪直徑和軸的直徑相差不大，將小齒輪與軸制成一體。大齒輪與軸分開制造，用普通平鍵作周向固定。軸上零件用軸肩，軸，封油環(huán)與軸承端蓋作軸向固定。兩軸均采用角接觸軸承作支承，承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用。軸承端蓋與箱體座孔外端面之間墊有調(diào)整墊片組，以調(diào)整軸承游隙，保證軸承正常工作。v 該齒輪箱中的齒輪傳動(dòng)采用油池浸油潤(rùn)滑，大輪齒的輪齒浸入油池中

6、，靠它把潤(rùn)滑油帶到嚙合處進(jìn)行潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，為了防止箱體內(nèi)的潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承，應(yīng) 在軸承和齒輪之間設(shè)置封油環(huán)。軸伸出的軸承端蓋孔內(nèi)裝有密封元件，對(duì)防止箱內(nèi)潤(rùn)滑油泄漏以及外界灰塵、異物浸入箱體，具有良好的密封效果。 3.齒輪箱附件（1）觀察孔蓋板： 為了檢查傳動(dòng)零件的嚙合情況，并向箱體內(nèi)加注潤(rùn)滑油，在箱蓋的適當(dāng)位置設(shè)置一觀察孔，觀察孔多為長(zhǎng)方形，觀察孔蓋板平時(shí)用螺釘固定在箱蓋上，蓋板下墊有有紙質(zhì)密封墊片以防漏油。（2）通氣器： 通氣器用來溝通箱體內(nèi)、外的氣流，箱體內(nèi)的氣壓不會(huì)因齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的油溫升高而增大，從而提高了箱體分箱面、軸伸端縫隙處的密封性能，通氣器多裝在箱蓋頂部 或觀察孔蓋

7、上，以便箱內(nèi)的膨脹氣體自由溢出。 （3）油面指示器 為了檢查箱體內(nèi)的油面高度，及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油，應(yīng)在油箱便于觀察和油面穩(wěn)定的部位，裝設(shè)油面指示器。油面指示器分油標(biāo)和油尺兩類，圖中采用的是油尺。 （4）放油螺塞： 換油時(shí)，為了排放污油和清洗劑，應(yīng)在箱體底部、油池最低位置開設(shè)放油孔，平時(shí)放油孔用油螺塞旋緊，放油螺塞和箱體結(jié)合面之間應(yīng)加防漏墊圈。 （5）起吊裝置： 為了便于搬運(yùn)，需在箱體上設(shè)置起吊裝置。圖中箱蓋上鑄有兩個(gè)吊耳，用于起吊箱蓋。箱座上鑄有兩個(gè)吊鉤，用于吊運(yùn)整臺(tái)齒輪箱。 齒輪箱結(jié)構(gòu)總覽拆軸承端蓋移連接螺栓移上蓋移上蓋部裝觀察齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)拆各軸拆卸輸入軸部裝拆卸中間軸部裝拆卸輸出軸部裝拆卸底座

8、部裝一、拆卸過程分解 裝配底座部裝裝配輸出軸部裝裝配中間軸部裝裝配輸入軸部裝安裝各軸觀察齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)安裝上蓋部裝安裝上蓋安裝連接螺栓安裝軸承端蓋二、裝配過程分解 組 裝 錄 像 損紙槽攪拌器齒輪箱 復(fù)卷機(jī)械手齒輪箱 卷取后，紙卷經(jīng)過行走臂傳送過來后，棍子再聯(lián)接齒輪箱進(jìn)行工作。 0M層涂料站齒輪馬達(dá) 磨漿機(jī)齒輪箱 送料機(jī)齒輪馬達(dá) 限位開關(guān) 送料機(jī)齒輪馬達(dá) 漿容器攪拌器齒輪箱 真空泵齒輪箱 4.齒輪箱常見故障由于制造誤差、裝配不當(dāng)或在不適當(dāng)?shù)臈l件（如載荷、潤(rùn)滑等）下使用，常會(huì)發(fā)生損傷等故障，常見有四類：（1）齒的斷裂 有疲勞斷裂和過負(fù)荷斷裂兩種 疲勞斷裂：通常先從受力側(cè)齒根產(chǎn)生龜裂、逐漸向齒端發(fā)展

9、而致折斷; 過負(fù)荷斷裂：由于轉(zhuǎn)速急劇變化、軸系共振、軸承破損、軸彎曲等原因，使齒輪產(chǎn) 生不正常的一端接觸，載荷集中到齒面一端引起. （2）齒的磨損 由于金屬微粒、污物、塵埃和沙粒等進(jìn)入齒輪而導(dǎo)致材料磨損、齒面局部熔焊隨之又撕裂的現(xiàn)象（3）齒面疲勞 由于齒面接觸應(yīng)力超過材料允許的疲勞極限。表面層先產(chǎn)生細(xì)微裂紋，然后小塊剝落，直至整個(gè)齒斷裂（4）齒面塑性變形 如壓碎、趨皺 齒輪箱失效原因及失效比重失效原因 失效比重(%)齒輪箱缺陷 設(shè)計(jì) 12 40裝配 9制造 8材料 7修理 4 運(yùn)行缺陷 維護(hù) 24 43操作 19相鄰部件(電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器等)缺陷 17 齒輪箱的失效零件及失效比重失 效 零 件

10、失 效 比 重（%）齒 輪 60軸 承 19軸 10箱 體 7緊 固 件 3 油 封 1 輪齒損傷形式類別 項(xiàng)目 形式 原因齒面損傷 齒面磨損 正常磨損、磨粒磨損、干涉磨損、刮傷、槽痕 嚙合初期、異物侵入、參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、安裝誤差潤(rùn)滑不良等粘著撕傷 局部壓力過高、法向壓力較大、滑動(dòng)速度過高等齒面疲勞 早期點(diǎn)蝕、擴(kuò)展性點(diǎn)蝕、剝落 齒面局部凸起、接觸應(yīng)力過高、內(nèi)應(yīng)力過大等齒面塑性變 形 壓痕、碾擊塑變、波紋、隆起 異物混入、過載、嚙合不良、潤(rùn)滑不充分等燒 傷 局部溫度過高輪齒折斷 輪齒裂紋 屑料毛坯裂紋、硬化處理裂紋、磨削型裂紋疲勞裂紋 材料、毛坯和熱處理缺陷交變應(yīng)力的作用等 類別 項(xiàng)目 形式 原

11、因輪齒折斷 過載折斷 嚴(yán)重超載疲勞折斷 各種因素產(chǎn)生的疲勞裂紋、變應(yīng)力作用等組合損傷 腐蝕磨損 化學(xué)腐蝕磨損、激振腐蝕磨損 潤(rùn)滑油中含雜質(zhì)、齒面間壓力過高、存在微振等輪齒塑性變形 潤(rùn)滑失常嚴(yán)重磨損斷齒 存在磨損、點(diǎn)蝕、剝落等各種損傷氣 蝕 瞬時(shí)沖擊力、局部高溫 電 蝕 存在漏電流 輪齒損傷形式 齒輪裝置故障檢測(cè)參數(shù)的有效性部位 故障大類 損傷名稱 振動(dòng) 噪聲 扭矩 油液 溫度 光學(xué)齒輪輪齒 斷裂 超載斷裂疲勞斷裂沖擊斷裂 磨損 磨料磨損 刮痕腐蝕磨損 侵蝕 剝落 塑性 變形 波痕碾擊變形錘擊變形 齒面疲勞 凹痕凹孔壓傷 5.齒輪箱的故障分析 部位 故障大類 損傷名稱 振動(dòng) 噪聲 扭矩 油液 溫

12、度 光學(xué)齒輪輪齒 燒傷 燒傷 組合損傷 咬人異物 氣蝕 電蝕 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 不平衡不對(duì)中松動(dòng) 潤(rùn)滑系統(tǒng) 溫度升高嚴(yán)重漏油 油質(zhì)劣化 注：最有效 尚有效 有可能 不適用 齒輪裝置故障檢測(cè)參數(shù)的有效性 在生產(chǎn)條件下很難直接檢測(cè)某一個(gè)齒輪的故障信號(hào)，一般是在軸承箱體有關(guān)部位測(cè)量。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，無論齒輪發(fā)生了異常與否，齒的嚙合都會(huì)發(fā)生沖擊嚙合振動(dòng)，其振動(dòng)波形表現(xiàn)出振幅受到調(diào)制的特點(diǎn),甚至既調(diào)幅又調(diào)頻。各類故障在頻域中的表現(xiàn)如下：1）當(dāng)齒輪均勻磨損時(shí)，嚙合頻率及其諧波分量保持不變，但幅值大小改變，高次諧波幅值增大較多；2）調(diào)幅現(xiàn)象。它是由于齒面載荷波動(dòng)對(duì)幅值的影響造成的，調(diào)幅的一個(gè)原因是齒輪偏心，此時(shí)的調(diào)制

13、頻率為齒輪的回轉(zhuǎn)頻率。當(dāng)在齒輪上有一個(gè)齒存在局部缺陷 時(shí)，相當(dāng)于齒輪的振動(dòng)受到一個(gè)短脈沖的調(diào)制，脈沖的長(zhǎng)度等于齒的嚙合周期 1.齒輪箱故障的特征頻率與邊頻帶 3）調(diào)頻現(xiàn)象。在實(shí)際情況中，同樣的齒面壓力的波動(dòng)，在產(chǎn)生調(diào)幅現(xiàn)象的同時(shí)，也會(huì)引起頻率調(diào)制現(xiàn)象，其結(jié)果是在譜上得到一個(gè)調(diào)幅與調(diào)頻綜合形成的邊頻帶。齒輪存在偏心時(shí)，由于齒面載荷變化引起調(diào)幅現(xiàn)象的同時(shí)，又由于齒輪轉(zhuǎn)速的不均勻而引起調(diào)頻現(xiàn)象。4）附加脈沖。實(shí)際測(cè)得的信號(hào)不一定對(duì)稱于零線，可將信號(hào)分解為兩部分：即調(diào)幅部分和附加脈沖部分。附加脈沖是回轉(zhuǎn)頻率的低次諧波。平衡不良、對(duì)中不良和機(jī)械松動(dòng)等，均是回轉(zhuǎn)頻率的低次諧波振源，但不一定與齒輪缺陷直接有

14、關(guān)。附加脈沖的影響一般不會(huì)超出低頻段，即在嚙合頻率以下； 5）隱含譜線。是功率譜上的一個(gè)頻率分量，產(chǎn)生的原因?yàn)榧庸み^程給一個(gè)齒輪所帶來的周期性缺陷。 齒輪頻譜上邊頻帶的形成 齒輪及軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率齒輪的嚙合頻率有固定齒圈的行星輪系，嚙合頻率為 -任一參考齒輪的齒數(shù); - 參考齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)； - 轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)速度，當(dāng)與參考齒輪轉(zhuǎn)向相反時(shí)取正號(hào)，否則就取負(fù)號(hào)。( )60r nf Hz ( )60m nf z Hz ( )( )60r r cm z n nf Hzrzrn cn 2.齒輪振動(dòng)特征頻率的計(jì)算 用于齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的分析方法有： 倒譜分析法 希爾伯特包絡(luò)分析法 時(shí)頻分析法 時(shí)域模型法 時(shí)域平均法