陶瓷高效節(jié)能齒輪減速機的研發(fā)與應用

劉光

摘 要：目前，國內陶瓷設備上應用的減速機仍然是20年前引進和消化進口陶瓷設備上配套的機械無級變速器和擺線針輪減速機。但這些減速機具有傳動效率低、容易漏油、傳動平穩(wěn)性差、使用壽命短等缺點。本文針對上述問題進行了有針對性的設計與改進，研究出了適合于陶瓷設備上應用的高效率、低溫升、長壽命、免維護的齒輪減速機。該機已通過鑒定并應用于生產，同時也為企業(yè)帶來了較為顯著的經濟效益。

關鍵詞：陶瓷齒輪減速機；高效；節(jié)能；應用

1 前言

目前，國內陶瓷生產設備傳動系統(tǒng)中，窯爐和釉線傳動大量使用的產品仍然是20年前引進和消化進口陶瓷設備上配套的機械無級變速器和擺線針輪減速機。這兩種產品的主要存在傳動效率低、能源消耗大；容易漏油、維護費用高； 傳動平穩(wěn)性差；使用壽命短等方面的不足。目前，在國內還沒有企業(yè)推出可替代適用于陶瓷窯爐和釉線設備的低能秏、高效率齒輪減速機產品。

在國家提出節(jié)能降耗的政策，以及機械傳動高速發(fā)展的今天，節(jié)能化、高速化、小型化、低噪音、高效率、高可靠性已成為傳動行業(yè)發(fā)展的方向。面向市場需求和國家產業(yè)政策調整趨勢，研發(fā)高技術含量和附加值的新型節(jié)能高效齒輪減速機，打破傳統(tǒng)生產線傳動模式，對傳動行業(yè)具有十分重要的意義。而本文研發(fā)的陶瓷齒輪減速機正是為適應國家宏觀政策及各陶瓷生產企業(yè)的高標準要求所進行的，它在節(jié)能、高效、產品維護等方面取得較大的突破，并成功應用于陶瓷生產設備中。

2 陶瓷齒輪減速機的研發(fā)

陶瓷齒輪減速機主要是圍繞著如何提高傳動效率、降低噪聲與溫升、解決結構的密封性等幾個難點問題進行研發(fā)的。

2.1 提高齒輪的傳動效率

齒輪傳動效率與齒輪的精度、受力變形、摩擦及潤滑等多種因素有關。筆者公司主要從以下幾個方面去分析影響齒輪傳動的因素，并提出相應的解決措施。

（1） 在設計上，按6級精度進行齒輪設計，根據模擬受力情況對傳動齒輪進行齒形修正（見圖1）。

通過對傳動進行修形設計加工后，效果十分顯著，其效果對比如表1所示。

由表1可知，通過采用齒輪修形后，在同等條件下，傳動效率可提高0.01以上。采用6級精度比采用7級精度，傳動效率可提高0.01左右。但由于提高齒輪的制造精度，雖然會提高傳動效率，但也會增加制造成本。所以，不是精度越高越好，由此分析可知，選用6級精度齒輪修形可以提高齒輪傳動效率。

（2） 改進熱處理工藝。相嚙合的齒輪中，小齒輪采用調質+中溫N-C共滲復合熱處理工藝，大齒輪采用退火+齒面淬火工藝，這樣既保證齒面硬度及齒芯的韌性，又可提高抗疲勞能力并顯著降低粘著磨損。表2為不同熱處理條件下，加速720 h后的傳動效率對比。

從表2中可以看出，兩齒輪采用不同的熱處理工藝，由于降低了粘著磨損，其傳動效率要明顯好于采用相同熱處理工藝的齒輪。

（3） 選用合適的潤滑劑

目前，通用的減速箱基本上都是采用傳統(tǒng)的220號極壓工業(yè)齒輪油（液態(tài)），本機設計時，通過與油品生產廠家合作，成功研發(fā)出了一種專用的半流體潤滑脂，其潤滑效果要明顯好于220號極壓工業(yè)齒輪油。

通過從設計、工藝及潤滑三個方面進行分析，并采取對應的措施后，筆者公司研發(fā)出了高效陶瓷齒輪減速機的的傳動效率達到了0.986。

2.2 降低噪聲與溫升

為了降低噪聲與溫升，在軸承間隙設計及潤滑方面采取了對應的措施：

（1）軸承的裝配間隙，在設計時打破了標準JB/T9050.1-1999《圓柱齒輪減速器通用技術條件》的約束，優(yōu)化了間隙的合理性，通過優(yōu)化設計，產品降低噪聲方面取得了較好的效果，軸承壽命達到最佳設計區(qū)域；

（2）通過與油廠合作，設計出一種潤滑效果好、使用壽命長，且有降低噪音效果的油品。

2.3 解決結構的密封性問題

為防止漏油，做到產品在設計壽命內免維護，制定出了以下6條技術措施控制密封效果。

（1） 輸出軸和電機軸油封位全部高頻處理，有效降低了油封位的磨損。同時，也大大降低了因油封位磨損而引起的漏油；

（2） 油封唇口空腔涂滿2/3的二硫化鉬鋰基脂，降低了油封唇口和油封位的磨損。同時，在運轉過程中唇口與軸之間形成的油膜也有效控制潤滑油的滲漏；

（3） 整機結構設計的優(yōu)化，對鑄造容易出現(xiàn)沙孔位置進行優(yōu)化設計，降低鑄件出現(xiàn)沙孔漏油隱患；

（4） 殼體鑄造工藝改進，使用新型樹脂砂，鑄件表面光滑平整，減少了鑄件氣孔，降低氣孔滲漏油幾率；

（5） 結合面采用O型圈密封，保證密封的可靠性和密封的壽命；

（6） 采用新型潤滑油潤滑，由傳統(tǒng)的220號極壓工業(yè)齒輪潤滑油（液態(tài)）更換為半流體潤滑脂，大大降低了潤滑油的滲漏情況，且這種潤滑油壽命長，在使用期間無需更換。

3 陶瓷齒輪減速機的性能及應用

通過有針對性的攻關，所研制的高效陶瓷齒輪減速機具備了較優(yōu)異的性能，與國內外同類減速機技術相比，具有突出的優(yōu)點（見表3）。

由表3可知，由于高效陶瓷齒輪減速機具有無漏油，使用壽命長，并免維護等優(yōu)點，因此，目前已在很多陶瓷企業(yè)的窯爐和釉線傳動上大量使用。同時，由于陶瓷齒輪減速機外觀設計新穎，如圖2所示，而且各項指標均達到設計要求，并已通過專家鑒定及質監(jiān)部門的質量檢測。目前，高效陶瓷齒輪減速機已成功應用于陶瓷設備生產企業(yè)中，獲得了用戶們的普遍歡迎，經用戶反應，該產品比機械無級變速器和擺線針輪減速機節(jié)能10%左右；產品現(xiàn)已進入批量生產階段，年銷值已超1000萬元。

4 結論

（1） 陶瓷齒輪減速機采用了緊湊型設計，原材料比無機變速型和擺線針輪型節(jié)約50%左右，比國內同類減速機節(jié)約30%以上，比國外同類減速機節(jié)約10%以上。

（2） 產品整體為封密式結構，使用過程無需加油和換油，在產品設計壽命范圍內免維護。

（3） 根據齒輪受力變形情況確定齒輪的齒形修正量，并進行相應的齒形修正，齒輪單級傳動效率達到98%以上，比相同規(guī)格的機械無級變速器傳動效率高30%～70%；比相同規(guī)格的擺線針輪減速機高20%以上。比國外同類減速機提高4%以上，經過齒形修正后的齒輪在承載情況下運轉平穩(wěn)、輕快，工作過程中噪聲低于65dB（A），整機溫升低于25 ℃，國內其它同類產品噪聲大于70 dB （A），整機溫升高于45 ℃。

（4） 陶瓷齒輪減速機關鍵部件采用了針對性強的材料并采用復合熱處理工藝，采用不同的熱處理工藝：相嚙合的齒輪中，小齒輪采用調質+中溫N-C共滲復合熱處理工藝；大齒輪采用調質+齒面淬火工藝，既保證齒面硬度及齒芯的韌性，又能提高抗疲勞能力并顯著降低粘著磨損，使用壽命比國內同類產品提高20%～40%。

摘 要：目前，國內陶瓷設備上應用的減速機仍然是20年前引進和消化進口陶瓷設備上配套的機械無級變速器和擺線針輪減速機。但這些減速機具有傳動效率低、容易漏油、傳動平穩(wěn)性差、使用壽命短等缺點。本文針對上述問題進行了有針對性的設計與改進，研究出了適合于陶瓷設備上應用的高效率、低溫升、長壽命、免維護的齒輪減速機。該機已通過鑒定并應用于生產，同時也為企業(yè)帶來了較為顯著的經濟效益。

關鍵詞：陶瓷齒輪減速機；高效；節(jié)能；應用

1 前言

目前，國內陶瓷生產設備傳動系統(tǒng)中，窯爐和釉線傳動大量使用的產品仍然是20年前引進和消化進口陶瓷設備上配套的機械無級變速器和擺線針輪減速機。這兩種產品的主要存在傳動效率低、能源消耗大；容易漏油、維護費用高； 傳動平穩(wěn)性差；使用壽命短等方面的不足。目前，在國內還沒有企業(yè)推出可替代適用于陶瓷窯爐和釉線設備的低能秏、高效率齒輪減速機產品。

在國家提出節(jié)能降耗的政策，以及機械傳動高速發(fā)展的今天，節(jié)能化、高速化、小型化、低噪音、高效率、高可靠性已成為傳動行業(yè)發(fā)展的方向。面向市場需求和國家產業(yè)政策調整趨勢，研發(fā)高技術含量和附加值的新型節(jié)能高效齒輪減速機，打破傳統(tǒng)生產線傳動模式，對傳動行業(yè)具有十分重要的意義。而本文研發(fā)的陶瓷齒輪減速機正是為適應國家宏觀政策及各陶瓷生產企業(yè)的高標準要求所進行的，它在節(jié)能、高效、產品維護等方面取得較大的突破，并成功應用于陶瓷生產設備中。

2 陶瓷齒輪減速機的研發(fā)

陶瓷齒輪減速機主要是圍繞著如何提高傳動效率、降低噪聲與溫升、解決結構的密封性等幾個難點問題進行研發(fā)的。

2.1 提高齒輪的傳動效率

齒輪傳動效率與齒輪的精度、受力變形、摩擦及潤滑等多種因素有關。筆者公司主要從以下幾個方面去分析影響齒輪傳動的因素，并提出相應的解決措施。

（1） 在設計上，按6級精度進行齒輪設計，根據模擬受力情況對傳動齒輪進行齒形修正（見圖1）。

通過對傳動進行修形設計加工后，效果十分顯著，其效果對比如表1所示。

由表1可知，通過采用齒輪修形后，在同等條件下，傳動效率可提高0.01以上。采用6級精度比采用7級精度，傳動效率可提高0.01左右。但由于提高齒輪的制造精度，雖然會提高傳動效率，但也會增加制造成本。所以，不是精度越高越好，由此分析可知，選用6級精度齒輪修形可以提高齒輪傳動效率。

（2） 改進熱處理工藝。相嚙合的齒輪中，小齒輪采用調質+中溫N-C共滲復合熱處理工藝，大齒輪采用退火+齒面淬火工藝，這樣既保證齒面硬度及齒芯的韌性，又可提高抗疲勞能力并顯著降低粘著磨損。表2為不同熱處理條件下，加速720 h后的傳動效率對比。

從表2中可以看出，兩齒輪采用不同的熱處理工藝，由于降低了粘著磨損，其傳動效率要明顯好于采用相同熱處理工藝的齒輪。

（3） 選用合適的潤滑劑

目前，通用的減速箱基本上都是采用傳統(tǒng)的220號極壓工業(yè)齒輪油（液態(tài)），本機設計時，通過與油品生產廠家合作，成功研發(fā)出了一種專用的半流體潤滑脂，其潤滑效果要明顯好于220號極壓工業(yè)齒輪油。

通過從設計、工藝及潤滑三個方面進行分析，并采取對應的措施后，筆者公司研發(fā)出了高效陶瓷齒輪減速機的的傳動效率達到了0.986。

2.2 降低噪聲與溫升

為了降低噪聲與溫升，在軸承間隙設計及潤滑方面采取了對應的措施：

（1）軸承的裝配間隙，在設計時打破了標準JB/T9050.1-1999《圓柱齒輪減速器通用技術條件》的約束，優(yōu)化了間隙的合理性，通過優(yōu)化設計，產品降低噪聲方面取得了較好的效果，軸承壽命達到最佳設計區(qū)域；

（2）通過與油廠合作，設計出一種潤滑效果好、使用壽命長，且有降低噪音效果的油品。

2.3 解決結構的密封性問題

為防止漏油，做到產品在設計壽命內免維護，制定出了以下6條技術措施控制密封效果。

（1） 輸出軸和電機軸油封位全部高頻處理，有效降低了油封位的磨損。同時，也大大降低了因油封位磨損而引起的漏油；

（2） 油封唇口空腔涂滿2/3的二硫化鉬鋰基脂，降低了油封唇口和油封位的磨損。同時，在運轉過程中唇口與軸之間形成的油膜也有效控制潤滑油的滲漏；

（3） 整機結構設計的優(yōu)化，對鑄造容易出現(xiàn)沙孔位置進行優(yōu)化設計，降低鑄件出現(xiàn)沙孔漏油隱患；

（4） 殼體鑄造工藝改進，使用新型樹脂砂，鑄件表面光滑平整，減少了鑄件氣孔，降低氣孔滲漏油幾率；

（5） 結合面采用O型圈密封，保證密封的可靠性和密封的壽命；

（6） 采用新型潤滑油潤滑，由傳統(tǒng)的220號極壓工業(yè)齒輪潤滑油（液態(tài)）更換為半流體潤滑脂，大大降低了潤滑油的滲漏情況，且這種潤滑油壽命長，在使用期間無需更換。

3 陶瓷齒輪減速機的性能及應用

通過有針對性的攻關，所研制的高效陶瓷齒輪減速機具備了較優(yōu)異的性能，與國內外同類減速機技術相比，具有突出的優(yōu)點（見表3）。

由表3可知，由于高效陶瓷齒輪減速機具有無漏油，使用壽命長，并免維護等優(yōu)點，因此，目前已在很多陶瓷企業(yè)的窯爐和釉線傳動上大量使用。同時，由于陶瓷齒輪減速機外觀設計新穎，如圖2所示，而且各項指標均達到設計要求，并已通過專家鑒定及質監(jiān)部門的質量檢測。目前，高效陶瓷齒輪減速機已成功應用于陶瓷設備生產企業(yè)中，獲得了用戶們的普遍歡迎，經用戶反應，該產品比機械無級變速器和擺線針輪減速機節(jié)能10%左右；產品現(xiàn)已進入批量生產階段，年銷值已超1000萬元。

4 結論

（1） 陶瓷齒輪減速機采用了緊湊型設計，原材料比無機變速型和擺線針輪型節(jié)約50%左右，比國內同類減速機節(jié)約30%以上，比國外同類減速機節(jié)約10%以上。

（2） 產品整體為封密式結構，使用過程無需加油和換油，在產品設計壽命范圍內免維護。

（3） 根據齒輪受力變形情況確定齒輪的齒形修正量，并進行相應的齒形修正，齒輪單級傳動效率達到98%以上，比相同規(guī)格的機械無級變速器傳動效率高30%～70%；比相同規(guī)格的擺線針輪減速機高20%以上。比國外同類減速機提高4%以上，經過齒形修正后的齒輪在承載情況下運轉平穩(wěn)、輕快，工作過程中噪聲低于65dB（A），整機溫升低于25 ℃，國內其它同類產品噪聲大于70 dB （A），整機溫升高于45 ℃。

（4） 陶瓷齒輪減速機關鍵部件采用了針對性強的材料并采用復合熱處理工藝，采用不同的熱處理工藝：相嚙合的齒輪中，小齒輪采用調質+中溫N-C共滲復合熱處理工藝；大齒輪采用調質+齒面淬火工藝，既保證齒面硬度及齒芯的韌性，又能提高抗疲勞能力并顯著降低粘著磨損，使用壽命比國內同類產品提高20%～40%。

摘 要：目前，國內陶瓷設備上應用的減速機仍然是20年前引進和消化進口陶瓷設備上配套的機械無級變速器和擺線針輪減速機。但這些減速機具有傳動效率低、容易漏油、傳動平穩(wěn)性差、使用壽命短等缺點。本文針對上述問題進行了有針對性的設計與改進，研究出了適合于陶瓷設備上應用的高效率、低溫升、長壽命、免維護的齒輪減速機。該機已通過鑒定并應用于生產，同時也為企業(yè)帶來了較為顯著的經濟效益。

關鍵詞：陶瓷齒輪減速機；高效；節(jié)能；應用

1 前言

目前，國內陶瓷生產設備傳動系統(tǒng)中，窯爐和釉線傳動大量使用的產品仍然是20年前引進和消化進口陶瓷設備上配套的機械無級變速器和擺線針輪減速機。這兩種產品的主要存在傳動效率低、能源消耗大；容易漏油、維護費用高； 傳動平穩(wěn)性差；使用壽命短等方面的不足。目前，在國內還沒有企業(yè)推出可替代適用于陶瓷窯爐和釉線設備的低能秏、高效率齒輪減速機產品。

在國家提出節(jié)能降耗的政策，以及機械傳動高速發(fā)展的今天，節(jié)能化、高速化、小型化、低噪音、高效率、高可靠性已成為傳動行業(yè)發(fā)展的方向。面向市場需求和國家產業(yè)政策調整趨勢，研發(fā)高技術含量和附加值的新型節(jié)能高效齒輪減速機，打破傳統(tǒng)生產線傳動模式，對傳動行業(yè)具有十分重要的意義。而本文研發(fā)的陶瓷齒輪減速機正是為適應國家宏觀政策及各陶瓷生產企業(yè)的高標準要求所進行的，它在節(jié)能、高效、產品維護等方面取得較大的突破，并成功應用于陶瓷生產設備中。

2 陶瓷齒輪減速機的研發(fā)

陶瓷齒輪減速機主要是圍繞著如何提高傳動效率、降低噪聲與溫升、解決結構的密封性等幾個難點問題進行研發(fā)的。

2.1 提高齒輪的傳動效率

齒輪傳動效率與齒輪的精度、受力變形、摩擦及潤滑等多種因素有關。筆者公司主要從以下幾個方面去分析影響齒輪傳動的因素，并提出相應的解決措施。

（1） 在設計上，按6級精度進行齒輪設計，根據模擬受力情況對傳動齒輪進行齒形修正（見圖1）。

通過對傳動進行修形設計加工后，效果十分顯著，其效果對比如表1所示。

由表1可知，通過采用齒輪修形后，在同等條件下，傳動效率可提高0.01以上。采用6級精度比采用7級精度，傳動效率可提高0.01左右。但由于提高齒輪的制造精度，雖然會提高傳動效率，但也會增加制造成本。所以，不是精度越高越好，由此分析可知，選用6級精度齒輪修形可以提高齒輪傳動效率。

（2） 改進熱處理工藝。相嚙合的齒輪中，小齒輪采用調質+中溫N-C共滲復合熱處理工藝，大齒輪采用退火+齒面淬火工藝，這樣既保證齒面硬度及齒芯的韌性，又可提高抗疲勞能力并顯著降低粘著磨損。表2為不同熱處理條件下，加速720 h后的傳動效率對比。

從表2中可以看出，兩齒輪采用不同的熱處理工藝，由于降低了粘著磨損，其傳動效率要明顯好于采用相同熱處理工藝的齒輪。

（3） 選用合適的潤滑劑

目前，通用的減速箱基本上都是采用傳統(tǒng)的220號極壓工業(yè)齒輪油（液態(tài)），本機設計時，通過與油品生產廠家合作，成功研發(fā)出了一種專用的半流體潤滑脂，其潤滑效果要明顯好于220號極壓工業(yè)齒輪油。

通過從設計、工藝及潤滑三個方面進行分析，并采取對應的措施后，筆者公司研發(fā)出了高效陶瓷齒輪減速機的的傳動效率達到了0.986。

2.2 降低噪聲與溫升

為了降低噪聲與溫升，在軸承間隙設計及潤滑方面采取了對應的措施：

（1）軸承的裝配間隙，在設計時打破了標準JB/T9050.1-1999《圓柱齒輪減速器通用技術條件》的約束，優(yōu)化了間隙的合理性，通過優(yōu)化設計，產品降低噪聲方面取得了較好的效果，軸承壽命達到最佳設計區(qū)域；

（2）通過與油廠合作，設計出一種潤滑效果好、使用壽命長，且有降低噪音效果的油品。

2.3 解決結構的密封性問題

為防止漏油，做到產品在設計壽命內免維護，制定出了以下6條技術措施控制密封效果。

（1） 輸出軸和電機軸油封位全部高頻處理，有效降低了油封位的磨損。同時，也大大降低了因油封位磨損而引起的漏油；

（2） 油封唇口空腔涂滿2/3的二硫化鉬鋰基脂，降低了油封唇口和油封位的磨損。同時，在運轉過程中唇口與軸之間形成的油膜也有效控制潤滑油的滲漏；

（3） 整機結構設計的優(yōu)化，對鑄造容易出現(xiàn)沙孔位置進行優(yōu)化設計，降低鑄件出現(xiàn)沙孔漏油隱患；

（4） 殼體鑄造工藝改進，使用新型樹脂砂，鑄件表面光滑平整，減少了鑄件氣孔，降低氣孔滲漏油幾率；

（5） 結合面采用O型圈密封，保證密封的可靠性和密封的壽命；

（6） 采用新型潤滑油潤滑，由傳統(tǒng)的220號極壓工業(yè)齒輪潤滑油（液態(tài)）更換為半流體潤滑脂，大大降低了潤滑油的滲漏情況，且這種潤滑油壽命長，在使用期間無需更換。

3 陶瓷齒輪減速機的性能及應用

通過有針對性的攻關，所研制的高效陶瓷齒輪減速機具備了較優(yōu)異的性能，與國內外同類減速機技術相比，具有突出的優(yōu)點（見表3）。

由表3可知，由于高效陶瓷齒輪減速機具有無漏油，使用壽命長，并免維護等優(yōu)點，因此，目前已在很多陶瓷企業(yè)的窯爐和釉線傳動上大量使用。同時，由于陶瓷齒輪減速機外觀設計新穎，如圖2所示，而且各項指標均達到設計要求，并已通過專家鑒定及質監(jiān)部門的質量檢測。目前，高效陶瓷齒輪減速機已成功應用于陶瓷設備生產企業(yè)中，獲得了用戶們的普遍歡迎，經用戶反應，該產品比機械無級變速器和擺線針輪減速機節(jié)能10%左右；產品現(xiàn)已進入批量生產階段，年銷值已超1000萬元。

4 結論

（1） 陶瓷齒輪減速機采用了緊湊型設計，原材料比無機變速型和擺線針輪型節(jié)約50%左右，比國內同類減速機節(jié)約30%以上，比國外同類減速機節(jié)約10%以上。

（2） 產品整體為封密式結構，使用過程無需加油和換油，在產品設計壽命范圍內免維護。

（3） 根據齒輪受力變形情況確定齒輪的齒形修正量，并進行相應的齒形修正，齒輪單級傳動效率達到98%以上，比相同規(guī)格的機械無級變速器傳動效率高30%～70%；比相同規(guī)格的擺線針輪減速機高20%以上。比國外同類減速機提高4%以上，經過齒形修正后的齒輪在承載情況下運轉平穩(wěn)、輕快，工作過程中噪聲低于65dB（A），整機溫升低于25 ℃，國內其它同類產品噪聲大于70 dB （A），整機溫升高于45 ℃。

（4） 陶瓷齒輪減速機關鍵部件采用了針對性強的材料并采用復合熱處理工藝，采用不同的熱處理工藝：相嚙合的齒輪中，小齒輪采用調質+中溫N-C共滲復合熱處理工藝；大齒輪采用調質+齒面淬火工藝，既保證齒面硬度及齒芯的韌性，又能提高抗疲勞能力并顯著降低粘著磨損，使用壽命比國內同類產品提高20%～40%。