齿轮箱强制润滑系统设计

齿轮箱强制润滑系统设计

郑光健

弗兰德传动系统有限公司 天津市 300400

摘要：随着我国的科技在不断的发展，社会在不断的进步，根据齿轮箱的使用环境和工况要求，经过计算分析设计了一套与之匹配的强制润滑系统，可为齿轮箱的轴承、齿轮等部位提供充分润滑和冷却，同时也减少了齿轮箱的功率损失，提高了齿轮箱的传递效率，延长了齿轮箱的使用寿命。

关键词：齿轮箱；润滑系统；设计

引言

空气中，任何相互接触又有相对运动的两个物体都会产生摩擦，有了摩擦就会消耗能量。在一台运转的齿轮箱中，这种能量消耗也是存在的，因此强制润滑系统在齿轮箱实际运转中起到了非常关键的作用。为了提高齿轮箱的工作效率，延长其使用寿命，需设计一套与之匹配的强制润滑系统，本文为某试验台传动系统的增速设备齿轮箱设计了强制润滑系统。

1跑条问题概述

跑条是卷接机组的一种常见生产故障，不仅影响设备作业率，而且还会造成原材料浪费。造成跑条的原因有很多，其中副齿轮箱内部齿轮磨损是造成跑条的主要原因之一。某卷接机组副齿轮箱为全封闭形式，操作人员和维修人员无法直观检查内部润滑情况和齿轮磨损情况，不能及时采取有效解决措施，同时待了解清楚问题后进行维修，也是事后补偿，维修时间较长、维修费用较高。因此，如何在预防维修理念下，把副齿轮箱内部齿轮磨损减少到最低，是操作人员及时发现磨损情况，成为了急需解决的问题。

2绘制润滑系统原理图

根据试验台传动系统增速设备齿轮箱的技术要求绘制其润滑系统原理图，如图１所示。该强制润滑系统的原理是润滑油站对齿轮箱进行供油过滤、冷却和润滑。由于润滑系统回油方式为自重回油，没有较大的压力差，如果采用回油冷却方式会产生较大的压力损失，容易引起回油不通畅，因此采用供油冷却的方式。供油泵组经过吸油过滤器８把油箱中的润滑油抽出，通过供油过滤器１３和水冷却器等进入增速设备齿轮箱，从而给齿轮箱各所需润滑点提供润滑和冷却。系统的供油压力通过压力传感器１６进行采集，由电动球阀１０进行远程调节，由溢流阀９进行超压保护。油箱装有液位液温计２，可以直观地看到油箱的液位和温度；装有最低液位报警器５，当油箱液位不够时会发出警报，提示操作人员进行加油；还装有油箱加热器４、温度传感器７，配合系统的水冷却器和温度传感器１７对油箱和系统的温度进行控制。

１－放油球阀；２－液位液温计；３－回油过滤器；４－油箱加热器；５－液位报警器；６－空气滤清器；７－温度传感器；８－吸油过滤器；９－溢流阀；１０，１４－电动球阀；１１－压力表；１２，１５，１８－球阀；１３－供油过滤器；１６－压力传感器；１７－温度传感器图１润滑系统原理图

3元器件的选型计算

3.1箱体材料

齿轮箱箱体结构相对复杂，属于批量化产品，所以箱体制造主要采用铸造工艺，材料主要选用球墨铸铁和铸造铝合金。铸造铝合金质量轻、散热好，可以有效地减轻齿轮箱的重量，但是由于铝合金强度低，因此在进行齿轮箱设计时所有轴承不能直接安装在箱体内，必须增加轴承套，并且所有螺纹孔必须增加钢丝螺套，才能满足强度需要，增加了齿轮箱的成本，齿轮箱结构相对复杂不易安装拆卸和维护。球墨铸铁强度高，使用广泛，从经济性、易维护性方面考虑齿轮箱箱体材料选择球墨铸铁更为合适。

3.2元件的选型

（１）油箱为开式油箱，容积按供油流量的３倍～５倍进行选择，油箱容积选１５０Ｌ。（２）液位液温计、液位报警器是根据油箱的有效容积、温度范围和液位高度进行选择，这里选高度为０ｍｍ～２００ｍｍ、温度为０℃～１００℃的液位液温计。（３）空气滤清器是根据油箱的容积和供油流量的大小进行选择，这里选用加油流量为２１Ｌ／ｍｉｎ、空气流量为１７０Ｌ／ｍｉｎ的空气滤清器。（４）过滤器是根据过油流量的３倍～５倍及使用的功能进行选择。吸油过滤器选用低压力等级，流量为１６０Ｌ／ｍｉｎ～２００Ｌ／ｍｉｎ，过滤精度为８０μｍ；供油过滤器选用低压力等级，流量为１２０Ｌ／ｍｉｎ～１６０Ｌ／ｍｉｎ，过滤精度为２０μｍ；回油过滤器选用低压力等级，流量为１　０００Ｌ／ｍｉｎ～１　２００Ｌ／ｍｉｎ（自重回油方式，流量必须考虑充足），过滤精度为５０μｍ。（５）压力传感器及压力表是根据系统压力和供油泵的额定压力来进行选择的，这里选测量范围为０ＭＰａ～１ＭＰａ，测量精度为±０．５％的压力传感器和压力表。（６）温度传感器是根据系统的供油温度和回油温度范围来进行选择，这里选测量范围为０℃～１００℃，测量精度为±１℃的温度传感器。（７）溢流阀、电动球阀、放油阀、球阀是根据使用点润滑油流量、压力和工作温度来进行选择，供油、溢流油路上阀门选用内径为２０ｍｍ，回油路上阀门选用内径为６５ｍｍ。

3.3润滑与密封

地铁齿轮箱润滑和密封系统关乎齿轮箱的使用可靠性，渗漏油故障是目前地铁齿轮箱运行过程中较为频繁的故障模式。地铁齿轮箱主要采用飞溅润滑，将输出大齿轮浸入油池中，齿轮旋转将润滑油带到啮合齿面上，并且将润滑油搅动起来，通过在箱体内壁中合适的位置增加挡油板和集油槽，从而使润滑油流入轴承中对轴承进行润滑。齿轮箱采用非接触式机械迷宫密封，同时可在结合面上增加橡胶密封圈，在机械迷宫的迷宫腔内设置回油孔。在润滑和密封设计时应考虑以下几点：（１）选择合理的大齿轮浸油深度，浸油深度不够将不能保证足够的润滑油被搅动起来，从而不能使轴承和齿轮得到充分的润滑；浸油深度过高会使齿轮搅油损失加大，从而导致齿轮箱温度过高。（２）由于地铁齿轮箱是正反两个方向都可以运行，因此在增加挡油板时应考虑齿轮的旋转方向；地铁启制动频繁，启动加速度大，所以应增加集油槽使轴承在齿轮箱刚开始运行时得到润滑。（３）尽可能多的设置回油孔的数量，回油孔位置应选择在齿轮箱的负压区，保证回油流畅，并且需要设置通气装置，均衡齿轮箱内外的压力。（４）尽量增加机械密封的迷宫数量，减小渗油可能性，增加密封可靠性；增加橡胶密封圈时必须考虑密封圈安装方便，安装位置合理。

3.4轴承选型

为了提高齿轮的传动平稳性，减小齿轮箱的冲击、振动和噪声，地铁齿轮箱主要选择斜齿轮，特别是一级传动齿轮箱螺旋角一般都要超过１５°，所以在轴承选型时必须同时考虑承受径向力和较大的轴向力，并且满足转速和空间尺寸的要求。齿轮箱设计时主要选用圆锥滚子轴承，轴承选用面对面布置形式，便于轴承的拆装和游隙调整（如图１所示）。但随着地铁车辆运行速度和承载能力的不断提高，地铁齿轮箱输入转速和扭矩也不断加大，为了同时满足转速和扭矩的需要，又不能增加轴承的空间尺寸，所以输入轴轴承选择两个圆柱滚子轴承加一个四点角接触轴承，由圆柱轴承承受径向力，四点角接触轴承承受轴向力。

结语

本文通过对设备齿轮箱进行实际工况分析，根据齿轮箱对润滑系统的技术要求，设计了一套齿轮箱强制润滑系统，绘制了润滑系统原理图，并对元器件进行了计算、分析选型，可为今后各种设备齿轮箱强制润滑系统设计提供参考。

参考文献

［1］　汪德涛．润滑技术手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９．

［2］　吴晓玲．润滑设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６．

［3］　成大先．机械设计手册［Ｍ］．第５版．北京：化学工业出版社，２００７．

［4］　关云辉，林新海，吴国庆．上海轨道交通１号线“增扩编”车辆用齿轮箱的研制［Ｊ］．城市轨道交通研究，２０１２（９）：１０５－１０７．

［5］　张晶．地铁齿轮箱渗油原因分析及解决方案［Ｊ］．现代制造技术与装备，２０１６（６）：１４４－１４６．