齿轮技术的发展趋势

齿轮技术的发展趋势近年来，一些新技术的运用和交叉学科的渗透，推动了齿轮设计和制造技术的发展。齿轮传动技术发展表现在：①高速重载齿轮向高参数、高寿命方向发展；②汽车齿轮采用现代化制造工艺，使精度提高，噪声减小；③通用齿轮向成套化方向发展，各种型式齿轮箱得到广泛应用；④齿轮传动和其他类型传动相结合。目前，国际齿轮产品的发展趋势主要有以下几方面，而我国齿轮生产企业的产品在疲劳寿命与噪声指标上与国外先进水平表现出来很大的差距，主要与材料和热处理水平有很大关系。●动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展，于是特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制成了齿轮设计方面的一些特点；●由于机械设备向大型化发展，齿轮的工作参数提高了，如高速齿轮的传递功率为1000-30000kw；●由于硬齿面齿轮广泛应用，以及高速、高性能要求的齿轮日益增多，因此要求磨齿加工，在效率和质量上都要提高；●关于齿轮材料与热处理随着硬齿面齿轮的发展，也逐渐受到人们的重视。1齿轮装置小型化、高速化、标准化齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。为达到齿轮装置小型化目的，提高了现有渐开线齿轮的承载推力。各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸；也可应用以圆弧齿轮为代表的非凡齿形。英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采用圆弧齿轮后，使减速器高度大为降低。随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效；现在冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多。1）齿轮箱的小型化齿轮箱小型化是指在传递能力和转速比相同的情况下，尽可能减小其尺寸与重量，并具有一定的经济性。汉斯（HURTH）齿轮箱是齿轮箱小型化设计的一个成功范例：HBW220-3型汉斯齿轮箱的重量约为国内同类产品2Cl6型齿轮箱的l/5，而体积约为2Cl6型齿轮箱的1/3。箱体材料选用强重比高的铝合金，用压铸工艺制成，由于材料强度高、比重小，不仅满足箱体本身的强度与刚度要求，还大大减轻了箱体重量。该摩擦离合器设计的一个显著特点，是其摩擦片的许用比压高，使摩擦片的尺寸大大减小。该齿轮箱中多数零件采用成型、无切削和少切削制造工艺，提高了材料的利用率，减轻了毛坯的重量，在批量生产的条件下，可节省成本，以提高其经济性，这是该齿轮箱小型化设计的又一特点。2）齿轮箱的高速化高速齿轮箱的轮齿通常以极高的频率交替啮合来传递功率，主要特点是：①传递功率和扭矩较大，轮齿易产生一定程度的弯曲、扭转弹性变形；②采用渗碳淬火硬齿面齿轮，饱和性能差；③由于向小型轻量化发展，轴的弯曲和扭转弹性变形也相应变大。3）齿轮传动装置的标准化以行星齿轮传动为例说明齿轮标准化趋势，其独特的优点是：①传递动力时可进行功率分流；②输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设置在同一主轴线上。因此，可作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等齿轮传动装置，以及需要差速器的汽车和坦克等车辆齿轮传动装置，已得到了越来越广泛的应用。随着行星传动技术的迅速发展，同时还演化出多种型式的行星减速器、差速器和行星变速器等产品。2齿轮材料不断创新齿轮材料的优劣，直接影响齿轮的硬度、强度、寿命、承载能力以及传动的平稳性等。在对齿轮材料进行研究开发的过程中，着重考虑两个方面：①以原有材料为基础，不断创新加工和热处理工艺，研制出高强度、高性能的齿轮材料（尤其是金属材料）。②通过改变添加剂和有机物的配比，开发出质量轻、强度高、适用于高精密仪器的新型非金属材料。国内外研究机构和生产厂家已在这些方面取得了许多令人可喜的成果。西北工业大学在系统研究贝氏体的相变理论、力学行为合金化原理的基础上，在国际上首次提出准贝氏体概念，并研制出准贝氏铸钢和贝氏体钢。准贝氏体铸钢的相对耐磨性是高锰钢的2～20倍，是理想的高耐磨材料。不断创新的非金属齿轮材料在机械领域中的应用也越来越普遍。聚甲醛（POM）是甲醛的高结晶度线型热塑性聚合物，可代替有色金属用于汽车工业、机械工业配件（如齿轮、挤出螺杆等）。纳米技术的引用更使得新型材料研究锦上添花，通用公司采用纳米热塑件生产齿轮等汽车零部件，其微粒具有很强的粘性，可以在提高材料强度和刚度的同时，降低重量10%～20%；同时在低温下不老化，有较好的韧性，大大降低了磨损。3齿轮工作油温大幅度提高目前齿轮生产工艺和生产设备发生了重大变化：①生产车间实现了自动化、程控化、自动生产线以至无人化车间。②机械设备向着体积小、重量轻、功率大、效率高的方向发展；③机器结构趋向集成化，趋向结构紧凑、装拆有序。其结果是：机器发热量大、散热情况不好，工作温度升高。目前，汽车后桥齿轮油温度通常为110～130℃，国外高级轿车高速运行时齿轮油温度可达160～180℃，日本新干线高速机车时速350km时齿轮油温度150℃。一般机械设备的工作油温还没有这么高，但新一代机械设备油温超过100℃是发展趋势。已经达成的共识是：不应过分控制油温，限制机器的发展，而应设法提高润滑油的高温性能，为机器的更新换代创造宽松的条件。即提高油品性能：①改善油品摩擦性能，降低摩擦因数、减少功率损失、降低温升；②改善油品耐高温性能，提高油品的氧化安定性，将其工作温度提高到150℃以上。4节能、长寿命要求欧盟、美国的汽车业正在大力推广“无废弃物加工”技术，新型环保材料被大量采用。通用等汽车企业采用奥贝球铁代替淬火钢生产汽车后桥螺旋伞齿轮，节约能耗50%，成本降低40%。雪佛兰有一款发动机，43%的部分可直接拆卸，大量部件可重复利用。