高速轻载齿轮箱功率损失分析_吴鲁纪

1、高速轻载齿轮箱功率损失分析_吴鲁纪 （）文章编号： 机械传动 年 高速轻载齿轮箱功率损失分析 吴鲁纪杨林杰李俞峰曹志刚 （）郑州机械研究所，河南郑州 摘要比较分析高速齿轮转动装置的功率损失计算方式，找出适合高速轻载齿轮箱功率损失的计算方法。通过分析计算，得到高速轻载齿轮箱功率损失主要发生在齿轮的搅油搅风和高速可倾瓦轴承上，提出提高高速轻载齿轮箱传递效率的有效途径，为进一步的研究奠定了基础。 关键词高速轻载齿轮箱功率损失提高效率 （，）， ， ， ， ， 载齿轮传动功率损失主要包括齿轮啮合损失、风阻损失、搅油损失、轴承损失和油泵功耗等。 引言 齿轮的传动效率直接关系到功率损耗，进而影响到企业经济

2、效益和社会环境效益，日益得到设计制造和应用单位的重视。尤其在当前环保压力的形势下，如何进一步降低功耗、提高传递效率更具现实意义。高速轻载齿轮传动装置具有转速高、载荷小的特点，功率损耗对传动效率的影响非常显著。为了提高高速轻载齿轮传动装置的工作效率，有必要对其功率损耗途径、损耗大小进行详细分析研究。 高速轻载齿轮箱的功率通常从几十千瓦到一千多千瓦。电动机一般选用二级电机，转速为。润，高速轴转速通常为滑油站集中供油，齿轮箱配备主油泵，供油压力为，供油温度为。齿轮结构通常 为平行轴、单斜齿、渐开线、中硬齿面。低速滑动轴承为普通圆瓦轴承，高速滑动轴承通常都采用多油楔可 。倾瓦轴承 高速轻载齿轮箱功率损

3、失分析 齿轮啮合损失 齿轮啮合功率损失包含滑动摩擦损失和滚动摩擦损失。提出了一种简化与 。的啮合损耗计算方法 齿轮啮合滑动摩擦损失计算公式为 载荷；为平均滑动速度。 齿轮啮合滚动摩擦损失的计算公式为 （） ；式中，为平均正为滑动摩擦因数 动速度；为齿宽；为重合度。 （） 式中，为中心油膜厚度为平均滚为 中给出了齿轮啮合功率损失 ，使得齿轮啮合功率损失计算十分方的估算式 便。估算公式为 （）（） 高速轻载齿轮箱通常是应用于压缩机组中，原动机为电动机，经过齿轮箱增速后拖动压缩机。高速轻 第卷第期 高速轻载齿轮箱功率损失分析式中，为压力角；为小齿轮齿数；为大齿轮齿数；为传递功率。 ）式（中的所有参数

4、清晰明确，易于计算。本文中我们选用中给出了齿轮啮合功率损失的公式进行计算。可以看出齿数和速比直接 。影响功率损失 （） 式中，；为动压滑动轴承功率损失，为润滑油 ；黏度系数，为轴转速，为轴承内孔直径，为轴承宽度，；为轴承功率损失系数，可查表得到；为轴承直径间隙，。 （） 风阻损失和搅油损失风阻损失 风阻损失为小齿轮与大齿轮在齿轮箱油气空间中旋转的能量损失。影响风阻损失大小的因素包括齿轮的旋转速度、齿轮箱内油雾的浓度和齿轮的几何 。尺寸等 根据透平转子风阻损失的研究结果，给出了一种预测齿轮风阻损失的计算方法。该方 （） 式中，；为低速推力轴承功率损失，为润滑油；黏度系数，为转速，为推力面外径，为

5、油膜厚度，；。；为推力面内径， 文献中给出可倾推力轴承功率损失计算式为 法考虑了齿轮箱油气空间的密度和黏度、齿轮的转速与直径。计算公式为 （） ；式中，为轴瓦载荷，为平均圆周速度，； ；为功耗系数；为平均压强，为润滑油黏度； （）（ ；其中，为齿轮宽度；为齿轮节圆半径；为齿轮转速；为齿轮箱内油气混合物的密度；为齿轮箱内油气混合物的黏度。搅油损失 高速齿轮箱的润滑方式是喷油润滑，搅油损失是指轮齿搅动喷油管喷到齿面上的冷却润滑油，以及齿面、齿轮端面和高低速轴颈高速甩出的润滑油消耗的能量。 英国标准齿端给出了光轴、 ，更多是应用于低面、齿面搅油损失的详细计算式速齿轮传动装置。搅油损失风阻、 搅油功率

6、损失统给出了风阻、 ，即一的计算式 （） 式中，齿轮节圆直径，为齿轮转速，；为齿轮宽度，为模数，为；为螺旋角；排列常数，取。 由此可以看出给出的计算公 式更容易实施，我们就采用此计算方法。轴承损失 高速轻载齿轮箱低速轴承采用圆瓦轴承，低速推力轴承采用斜平面、多油楔组合式推力轴承。高速轴瓦为多油楔可倾瓦轴承，高速推力轴承采用多油楔可倾瓦推力轴承。 给出了动压滑动轴承和推力 ，分别为轴承功率损失计算式 为瓦块平均周长，。 、式（高速齿轮箱润滑油通常选用，）。式（中润滑油黏度系数取油泵功耗 油泵功耗大小与油泵排量和供油压力成正比关 ，计算公式为系 （） ；式中，为油泵排量，为油泵压力，为油泵效率，取

7、 计算实例 计算参数 输入转某高速轻载齿轮箱传递功率为，。冷却润滑油速输出转速，供油压力为供油量为选用，单斜齿、渐开线、中。齿轮形式为平行轴、硬齿面。低速轴承采用圆瓦轴承，低速推力轴承采用斜平面、多油楔组合式推力轴承。高速轴瓦为多油楔可倾瓦轴承，高速推力轴承采用多油楔可倾瓦推力轴承。该高速齿轮箱设计参数如表表所示。 表齿轮设计参数 名称中心距大齿轮齿数大齿轮节圆直径 （）压力角大齿轮齿宽 数值 名称齿轮模数小齿轮齿数小齿轮节圆直径 （）螺旋角小齿轮齿宽 数值 表低速支撑轴承设计参数 名称内孔直径 宽度 数值 名称直径间隙 系数 数值 机械传动 年 高速可倾瓦支撑轴承和可倾瓦推力损失的，占总功率

8、损失的轴承功耗为，。 结论 通过对高速轻载齿轮箱功率损失计算的分析比较，找到了适合高速轻载齿轮传动装置功率损失的计算体系，并通过实例进行验算。为此，可以得出如下结论： （）高速轻载齿轮箱的工况参数和结构特点造成 齿轮箱功率损失大，传递效率较低。 （）功率损失主要发上在齿轮的搅油、搅风，功率 损失与齿轮的几何参数和转速有密切关系。 （）高速可倾瓦轴承和可倾瓦推力轴承的功耗占 总功耗的大部分，轴承结构与润滑油参数显著影响可倾瓦的功耗。 （）通过优化齿轮几何参数和可倾瓦轴承结构是 提高传递效率最有效的途径。 参 考 文 献 表高速支撑轴承设计参数 名称内孔直径 宽度 数值 名称直径间隙 系数 数值

9、表低速推力轴承设计参数 名称 推力面外径油膜厚度 数值 名称 推力瓦内径 数值 表高速可倾推力轴承设计参数名称轴瓦载荷功耗系数 瓦块平均周长 数值 名称 数值 （平均圆周速度 平均压强 表油泵设计参数 名称（）排量（效率） 数值 名称压力 数值 孙春一高速轻载转子径向动压轴承系统稳定性计算石 ）：油化工高等学校学报，（ 黄智勇，陈晓玲高速列车传动齿轮箱功率损失计算方法 ）：（机车车辆工艺， ：，： 姚建初，陈义保，周济，等齿轮传动啮合效率计算方法的 ）：研究（机械工程学报， 周哲波，叶友东齿轮几何参数的选择对传动效率影响的研 ）：究机械设计，（ ， ： ， ，： ： ： ，： 萨本佶高速齿轮传动设计北京：机械工业出版社， ： 收稿日期： ，男，河南鲁山人，作者简介：吴鲁纪（工学硕士，工商管理硕） 士，高级工程师 功率损失计算 、式（以上数据分别带入式（式（式（），式（和式（该齿轮箱功率损失计算结果见表。 表齿轮箱功率损失 名称齿轮啮合 搅油大齿轮风阻、 单个低速支撑轴承单个高速支撑轴承 数值 名称油泵 小齿轮风阻、搅油低速推力轴承 数值 高速可倾