活齿端面谐波齿轮在煤矿机械中的应用探讨

刘嵩 李菲

摘要：活齿端面齿轮是一种适用于大功率、大传动比场合的新装置，煤矿机械中的齿轮传动多为低速重载，两者在特点上较为匹配，从对活齿端面谐波齿轮在传动比和传动功率方面的优势出发，探讨了活齿端面谐波齿轮传动在煤矿机械中应用的可能性。

关键词：活齿端面谐波齿轮煤矿机械应用

中图分类号： TH132.429 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

Abstract： Oscillating-teeth End-face Harmonic Gear is a new devices which is suitable high transmission power and high transmission ratio occasion. The gear used in Coal mine machinery is more low-speed and heavy load.Two more matches in character.From the advantages of living on the Oscillating-teeth End-face Harmonic Gear transmission ratio and transmission power， explored the possibility of Oscillating-teeth End-face Harmonic Gear apply in coal mine machinery.

Keywords：Oscillating-teeth；End-face Harmonic Gear；coal mine machinery；apply

活齿端面谐波齿轮传动是一种新型传动装置，以现有的谐波传动和活齿传动为基础，综合了传动比大和传递功率大的优点[1]。煤矿机械中传动齿轮体积小，传动比大，承载力高，机械能耗少。近年来，煤矿机械的功率增加非常迅速，机械设备的输出扭矩增大，使煤矿机械传动齿轮的受力增大。结合活齿端面谐波齿轮体积小、承载大的特点，若取代煤矿机械中的齿轮传动应用在煤矿机械中，将提升原有煤矿机械传动的承载能力，避免齿轮在承受大载荷时易失效。

煤矿机械中传动齿轮的特点是体积较小，重量轻，传动比大，结构紧密，承载力高，机械能耗少。近年来，煤矿机械的功率增加非常迅速，采煤机的功率增加了4-6倍，掘进机的功率增加了2-3倍，大型、特大型矿井提升机功率的大幅增加煤矿机械传动齿轮的受力增大，煤矿机械的齿轮大多为中、大模数，多为低速重载传动。由于受煤矿使用条件和机器尺寸的限制，传动齿轮的外形尺寸不能有太大的变化。如果煤矿机械齿轮传动在不加大外形尺寸的条件下能提高其强度和寿命，这些问题都将迎刃而解，同时，原有煤矿机械设备的功率也能够有一次飞跃。

根据煤矿机械的背景再结合活齿端面谐波齿轮体积小、承载大的这些特点，可以考虑将该传动应用于煤矿机械中，取代煤矿机械中的齿轮传动，提升原有煤矿机械传动的承载能力，克服以往齿轮在承受大载荷时就易失效的缺点。

1活齿端面谐波齿轮传动装置的基本结构

活齿端面谐波齿轮传动装置主要由端面齿轮、波发生器、活齿及槽轮等四部分构成。活齿端面谐波齿轮可分为单边传动和双边传动的形式[2]，应用于不同场合。如图1所示为单边传动装置的基本结构。端面齿轮2替代了传统谐波齿轮传动中的刚轮，轴向圆柱端面凸轮替换了波发生器6中的径向圆盘凸轮。多块活齿4组成柔轮，置于槽轮3中作轴向往复运动。端面齿轮2与活齿4一端做错齿运动，波发生器6的端面凸轮与活齿4另一端接触。主动件是波发生器6，与输入轴7相连，从动件是槽轮3，与输出轴1相连，端面齿轮2固定在减速箱5上，形成一个大传动比的减速结构。

双边传动的活齿端面谐波齿轮与单边结构类似，将双边的结构对称在波发生器的两边，形成一个对称的结构。波发生器是一个两边对称的端面凸轮，活齿、槽轮和端面齿轮依次对称的分布在波发生器两端，两边的结构与运动是完全一致的，这种对称的结构在传动过程中能抵消一部分受力从而具有更好的使用性能。

2活齿端面谐波齿轮的应用可行性

2.1活齿端面谐波齿轮的传动比

在传动比方面，活齿端面谐波齿轮传动能够实现较大的传动比。波发生器和端面齿轮以及活齿的数目差别非常大，活齿可做成多齿结构，齿差可进一步增大。对活齿端面谐波齿轮的活齿、端面齿轮和波发生器的齿数进行合理设计就能够将它的传动比大幅增加，实现一般减速器无法达到的传动比。

2.2活齿端面谐波齿轮传递的功率

由于活齿端面谐波齿轮啮合副为面接触而且是多齿同时接触，一般渐开线齿轮啮合副大多为线接触且是单齿接触，所以活齿端面齿轮传动传递功率大。现对比相同传动比，相同模数，相同材料（选用45号钢）下，活齿端面谐波齿轮传动与直齿圆柱齿轮传动所能传递的最大功率。

由表1可得，活齿端面谐波齿轮所能传递的功率远远高于相同模数、材料、传动比的直齿圆柱齿轮。

3 结论

从传动比方面来看，活齿端面谐波齿轮可在较小几何参数下获得较大传动比，在煤矿机械的应用中可有效提高产品的传动参数，减小产品的重量。从传递的功率来看，煤矿机械中的齿轮减速器需要传递较大的功率，普通的齿轮容易失效，而活齿端面谐波齿轮接触面积大，不易失效。同时，在相同传动比情况下，活齿端面谐波齿轮比普通齿轮传递的功率大数十倍。由此可见，活齿端面谐波齿轮传动是一种很适合于应用于煤矿机械中的传动装置。

参考文献

[1] 张佑林，姚传志，李峰.活齿端面谐波齿轮传动装置[P].中国，发明专利，专利号：ZL 200410012992.6.

[2]张佑林，李峰，刘文波.活齿端面谐波齿轮的传动原理与传动比[J].武汉理工大学学报，2004，26（6）：42～45

[3]张佑林，陈亮，王成刚等.活齿端面谐波齿轮啮合副受力状态的理论研究[J].机械传动， 2006，30（2）4～6

作者简介：刘嵩（1987-），女，硕士，助教，金属材料成形数值模拟方向