齿轮齿轮（精选12篇）
齿轮齿轮 篇1
引言
齿轮箱作为一种通过齿轮来传动功率的组件, 在工业领域获得了广泛的应用。风力发电机组中就广泛应用了齿轮箱, 随着近年来国家建设“坚强智能电网”的进程不断推进, 风力发电在我国获得了蓬勃的发展, 对齿轮箱的应用提出了更高的要求。
本文结合风力发电的实际经验, 分析了齿轮箱中齿轮故障的常见形式以及故障诊断, 并着重介绍了齿轮故障的振动分析。
1 齿轮箱及其在风电场中的应用
风力发电机组由叶片、齿轮箱、风叶控制系统、刹车系统、发电机等组成, 齿轮箱是风电场运行的重要机械部件之一, 齿轮箱的设计寿命一般是20年, 起到动力传输的作用, 将风机的风轮产生的动力传递给发电机, 并对风轮产生的较低转速进行增速, 使其满足风力发电机的转速要求。
风电机组多运行于气候条件较为恶劣的山区、海岛、边疆等地, 长期受到强风、温差、雨雪等外界因素作用, 给齿轮箱的运行带来不利因素。齿轮箱安装于风机塔顶内, 空间较为狭小, 一旦出现故障较难维修和排除。据统计, 齿轮箱已经成为风电场现场故障次数最多的部件之一。
2 齿轮箱中常见的齿轮故障
齿轮箱的高可靠性和易维修性是风力发电机组的关键技术保障, 风电场运行中, 齿轮箱的故障主要集中在润滑系统、液压系统、齿轮损坏三个方面。其中, 齿轮箱中齿轮的故障主要表现为局部断齿、齿轮磨损、点蚀、齿面胶合、疲劳裂纹等。
2.1 局部断齿
齿轮的局部断齿通常是由细纹和裂缝发展导致, 产生的原因主要有过载折断、疲劳折断、随机断裂等原因。其中, 过载折断是由于轴承损坏、外部冲击等原因, 导致作用在齿轮上的应力持续较大, 超过了齿轮的极限承受应力导致;疲劳折断多因为齿轮材料不佳, 导致齿轮长期运行在交变应力下, 产生长期疲劳, 裂纹不断扩展, 最终断裂;随机断裂的原因较多, 比如有硬物进入齿轮啮合区、齿轮根部突遇外力冲击等。
2.2 齿轮磨损
磨损是指齿轮表面金属损耗严重, 轻度的磨损尚不至于影响风电机组运行, 但破坏性磨损将导致齿轮轮廓破坏, 降低齿轮的寿命, 影响齿轮的平稳性。齿轮磨损的部位主要集中于齿轮的啮合面和渐开线工作面, 与齿轮箱过载和润滑剂不洁有较大关系, 另外, 齿轮铸造后留下的砂片、金属片、杂质也是齿轮磨损的重要原因。
2.3 齿轮点蚀
齿轮点蚀是指齿轮在交变应力作用下, 齿面接线附近产生的裂纹带来的齿轮表明剥落、出现凹坑等现象。点蚀出现的原因和齿轮材料硬度不高、齿轮箱过载、荷载不均等情况有关, 近年来, 随着我国风电场容量的不断扩大, 500k W以上的风电机组多采用平行轴和行星轮的混合结构, 风机的轮毂高度增加, 齿轮箱受力更加复杂, 气流的不稳定性和复杂的交变荷载使得齿轮点蚀的几率变大。
2.4 齿面胶合
齿轮胶合是指齿轮的啮合表面边界膜被破坏, 导致接触齿面的金属熔焊并撕落的现象。胶合与润滑条件不够、齿轮工作温度高等原因有关。我国大型风力发电厂多建立在风力资源丰富的北方, 北方气温较低, 一些风电场的极端最低气温达到-40℃以下, 而风力发电机组的设计最低运行气温在-20℃左右, 长期的低温运行对齿轮箱提出了严峻考验, 必需对齿轮箱加温, 加温过程中, 遇到风速持续偏低或停风时, 齿轮油会变稠, 无法得到充分润滑, 很容易导致齿面胶合等故障。此外, 润滑剂散热性能不好, 导致齿轮过热也会产生巨大损坏。
2.5 疲劳裂纹
齿轮的疲劳裂纹与齿轮啮合过程中的相对运动、脉动荷载、剪应力过大等有关, 疲劳裂纹可以表现为破坏性点蚀、齿轮表明剥落、损坏等现象, 严重者会发生断齿。疲劳裂纹的存在是一个慢性发展的过程, 裂纹的存在轻则影响功率传递, 产生噪音, 重则使得风电机组运行受影响, 导致停机。
3 齿轮箱中齿轮故障的振动分析
齿轮箱的故障诊断方法中, 最常用的是振动频谱分析, 它建立在传统的振动理论基础上, 通过对振动数据和波形的采集和分析, 进行详细的分析诊断, 找出准确的故障部位。
振动分析进行齿轮故障诊断的原理如下:将齿轮看做一个振动系统, 根据傅里叶变换的理论, 将齿轮的振动信号分解为基波和一系列谐波分量的和。齿轮故障后, 齿轮的振动特性会发生一系列的变化, 反应在振动信号中, 体现为信号畸变、啮合频率处频谱值显著变大, 通过这些特征, 可以较为准确的定位出齿轮的各种故障。
4 结束语
根据数据统计, 在风电齿轮箱的损坏类型中, 齿轮的故障比例高达60%, 已经超过了其它部件 (轴承、轴、箱体、紧固件、油封等) 的故障之和, 对齿轮箱状态监测的研究、故障诊断技术的提升、故障分析系统的开发, 依然任重而道远。
摘要：建设坚强电网的战略为推进风电事业发展提供了巨大的机遇, 作为风力发电机组运行的重点部件, 齿轮箱因其长期运行在较为恶劣的环境条件下, 故障率居高不下, 已经成为风力发电相关技术研究的热点, 对齿轮箱中齿轮故障及其振动分析的关注度不断提升。文章结合实际运行经验, 介绍了齿轮箱及其在风电场的应用, 分析了齿轮箱常见的故障及其发生原因, 并详细阐述了齿轮故障的振动分析。
关键词：风力发电,齿轮箱,齿轮故障,振动分析
参考文献
[1]王斌.面向风电机组齿轮箱的故障诊断系统研究[D].北京:华北电力大学, 2012年硕士论文.[1]王斌.面向风电机组齿轮箱的故障诊断系统研究[D].北京:华北电力大学, 2012年硕士论文.
[2]张立勇, 王长路, 刘法根.风力发电及风电齿轮箱概述[J].机械传动, 2008, 6 (15) :22-26.[2]张立勇, 王长路, 刘法根.风力发电及风电齿轮箱概述[J].机械传动, 2008, 6 (15) :22-26.
[3]赵海燕, 陈琪.风电机组齿轮箱的故障及其解决方案, 中国农业机械工业协会风能设备分会2011年度论文集[C].2011-06-01.[3]赵海燕, 陈琪.风电机组齿轮箱的故障及其解决方案, 中国农业机械工业协会风能设备分会2011年度论文集[C].2011-06-01.
齿轮齿轮 篇2
节圆柱上的螺旋角：
基圆柱上的螺旋角：齿厚中心车角：销子直径：中心距离增加系数：标准正齿轮的计算（小齿轮①，大齿轮②）1． 齿轮齿 标准2． 工齿齿形 直齿3． 模数 m4． 压力角5． 齿数6． 有效齿深7． 全齿深8． 齿顶隙9． 基础节圆直径10． 外径11． 齿底直径12． 基础圆直径13． 周节14． 法线节距15． 圆弧齿厚16． 弦齿厚17． 齿轮油标尺齿高18． 跨齿数19． 跨齿厚20． 销子直径21． 圆柱测量尺寸（偶数齿）（奇数齿）其中,22． 齿隙?节圆柱上的螺旋角：基圆柱上的螺旋角：齿厚中心车角：销子直径：中心距离增加系数：标准正齿轮的计算（小齿轮①，大齿轮②）1． 齿轮齿 标准2． 工齿齿形 直齿3． 模数 m4． 压力角5． 齿数6． 有效齿深7． 全齿深8． 齿顶隙9． 基础节圆直径10． 外径11． 齿底直径12． 基础圆直径13． 周节14． 法线节距15． 圆弧齿厚16． 弦齿厚17． 齿轮油标尺齿高18． 跨齿数19． 跨齿厚20． 销子直径21． 圆柱测量尺寸（偶数齿）（奇数齿）其中,22． 齿隙?标准螺旋齿的计算公式（齿直角方式）（小齿轮①，大齿轮②）1. 齿轮齿形 标准2. 齿形基准断面 齿直角3. 工具齿形 螺旋齿4. 模数5. 压力角6. 齿数7. 螺旋角方向（左或右）8. 有效齿深9. 全齿深10. 正面压力角11. 中心距离12. 基准节圆直径13. 外径14. 齿底圆直径15. 基圆直径16. 基圆上的螺旋角17. 导程18. 周节（齿直角）19. 法线节距（齿直角）20. 圆弧齿厚（齿直角）21. 相当正齿轮齿数22. 弦齿厚23. 齿轮游标尺齿深24. 跨齿数25. 跨齿厚26. 梢子直径其中，27. 圆柱测量尺寸（偶数齿）（奇数齿）28. 齿隙移位正齿轮计算公式（小齿轮①，大齿轮②）1． 齿轮齿形 转位2． 工具齿形 直齿3． 模数4． 压力角5． 齿数6． 有效齿深7． 全齿深或8． 齿隙9． 转位系数10． 中心距离11． 基准节圆直径12． 啮合压力角13． 啮合节圆直径14． 外径15． 齿顶圆直径16． 基圆直径17． 周节18． 法线节距19． 圆弧齿厚20． 弦齿厚21． 齿轮游标尺齿高22． 跨齿数23． 跨齿厚24． 梢子直径25． 圆柱测量尺寸（偶数齿）（奇数齿）移位螺旋齿的计算公式（齿直角方式）（小齿轮①，大齿轮②）1. 齿轮齿形 移位2. 齿形基准断面 齿直角3. 工具齿形 螺旋齿4. 模数（齿直角）5. 压力角（齿直角）6. 齿数7. 螺旋方向8. 有效齿深9. 全齿深10. 移位系数11. 中心距离12. 正面模数13. 正面压力角14. 相当正齿轮齿数15. 齿直角啮齿压力角16. 基准节圆直径17. 外径18. 啮齿节圆直径19. 基圆直径20. 基础圆柱上的螺旋角21. 圆弧齿厚22. 弦齿厚23. 齿轮游标尺齿高24. 跨齿数25. 跨齿厚26. 销子直径27. 圆柱测量尺寸（偶数齿）注：齿隙 f=m 1.25以下 0.025-0.075m 1.25-2.5 0.05-0.10蜗轮、蜗杆的计算公式：1，传动比=蜗轮齿数÷蜗杆头数2，中心距=（蜗轮节径+蜗杆节径）÷23，蜗轮吼径=（齿数+2）×模数4，蜗轮节径=模数×齿数5，蜗杆节径=蜗杆外径-2×模数6，蜗杆导程=π×模数×头数7，螺旋角（导程角）tgB=（模数×头数）÷蜗杆节径
自带齿轮的蝉 篇3
最近，《科学》杂志刊登了一位英国教授的文章。他的孙女在花园里逮到一只很常见的鞘翅瓢蜡蝉幼虫。这种瓢蜡蝉科的昆虫在古北界（涵盖欧亚大陆的北部，包括整个欧洲和中国秦岭以北）非常常见，幼虫可以跳得很高。在高倍数显微镜下，他观察到这只幼虫前后腿之间居然有一种半齿轮装置，以保持协同性，这样，就能够用最小的力气跳出最远的距离。这是人类有史以来第一次在生物身上发现到齿轮装置。
齿轮和车轮算是同一类传动装置，所以这个发现也部分回答了很久之前的一个疑问：为什么其他生物没有类车轮装置？科学家不肯承认自己的发现不足，所以只好绞尽脑汁去想为什么不能。我印象深刻的一个答案是，车轮效益的发挥在于道路的有无。如果没有道路，车轮还不如四蹄跑得快。可是我们也有大草原、大平原、大沙漠啊！这个发现证明，道路确实是一个限制，但是进化，或者说环境的压力，可以让生物脱离人类的视野，发展出类似的装置。
蝉科其他昆虫也有类似装置。这些装置起源于什么时间？我们一无所知。但是这个研究给我们更大的启示——我们所观察的，乃是人类视野下的运动，所以会不自觉地带入人类的视角，谈到车轮和齿轮的时候，就只能想象出车辆奔驰在大道上的景象，而无法考虑为什么只要一个轮子、半个轮子呢？
所有的生物都是DNA和RNA所控制的蛋白质生物，所以，所有的生物都使用类似的物理化学过程。大多数生命是以太阳能为驱动，用几十亿年的时间进化出来的一套精妙的能量传递和转换系统。它应用了所有的手段，让所有该有的化学反应都能在一个很狭窄的温度区间内（0℃至50℃）发生，而且这些反应能够环环相扣，以最节约和最方便的方式完成。人体需要非常多的能量来维持这个低温反应系统的运转，即使你什么都不做、什么都不思考。
为什么反应温度必须局限这个温度范围？因为碳基生物的DNA和蛋白质只有在这个温度才有活性。数亿年的进化不断锻炼这一套化学反应，将它们包容在某一个肉身内，以更完美的方式驱动爪牙的萌发、口齿的磨砺、捕食、交配。不成功的物种只会静悄地死去，永远不知道失败的原因，只是因为自己体内的某一个酶反应速度比竞争者慢一点。
但是在工业社会，这种反应不再受限于温度和压力，以及环境，所以以目前工业界的眼光打量自然界的这些精妙反应，就会有“弃之可惜，食之无味”的感慨。在生物体内的小锅小碗里弄出来的手工定制，未必适合现代生活的大规模生产。这就导致目前我们所看见的“仿生学”就像驴子前面的胡萝卜，或者猴子眼前掉到水底的月亮。
不过这也有一个好处，就是时时刻刻提醒人类的眼界有多么宏大，思维就会有多么狭隘。这个狭隘来自人类对自己的过分自信，无论是智慧设计论，还是拉马克进化论，背后都以现有的生物结构完美为基础。所以很多挑战达尔文进化论的第一个质问就是，半个眼睛有什么用处？提这种问题的人，所想象的不是许多生物没有眼眶、眼皮，只有若干感光细胞的某种器官，而是直接剥掉眼皮、视网膜等结构的人眼。鞘翅瓢蜡蝉的出现是还击他们的绝好证据，半个轮子又有什么用呢？只有幼虫才有的半个轮子又有什么用处？而且这种轮子的功能并非传动，而是制控——进化的开始可能根本连一个轮子都没有，只有几个突起。而最简单的突起，提高了跳跃的效率，使得拥有这种基因的生物跳得更远，更容易生存。
严肃说来，并没有所谓的仿生学——我们就是所有生物中的一个，我们跟其他动物分享着或近或远的血缘，以及基本一致的生理代谢，我们不过是在研究自己而已。从某种意义上说，这种狭义的“仿生”带给我们的更多的是哲学的思考，而非实践的启发。
齿轮齿轮 篇4
渐开线圆柱齿轮传动误差包括各个齿轮的制造误差、齿轮副的安装误差和齿轮副的传动误差[1]。而在渐开线齿轮传动误差中,齿轮制造误差占据主要地位。齿轮制造误差包括刀具误差、机床误差、夹具误差、检测误差和其他非周期误差。随着齿轮精度理论的不断进步,制造工业和测量技术的不断发展,对齿轮精度的测量、可靠性和功能提出了新的要求,因此,减少或消除齿轮制造误差是精密齿轮制造的关键。
目前,减少齿轮制造误差的方法有两种:(1)利用先进的加工和检测设备有效提高齿轮精度;(2)采用有效的误差分析手段,分析误差产生的根源,运用现有技术手段和方法减小误差的产生[2]。其中,采用先进的磨削齿轮技术是获得高精度齿轮最为可靠的一种加工方式[3],同时磨齿也是有效纠正常规齿轮加工中产生的各项齿轮误差,以及提高齿轮精度最直接的途径,且磨齿后的齿面表面粗糙度可达到Ra 0.2μm～0.8μm。通常磨齿可以达到的精度等级为6～3级,由于各种相应误差的存在,实际可达到的精度等级约为6～4级[4]。
针对如何获得高精度齿轮的问题,本研究就齿轮制造误差的成因、精密磨齿的工作原理和齿轮误差的相应修整过程进行了讨论,提出了采用精密磨削齿轮改进齿轮精度的方法。
1 误差分析
在我国的齿轮测量标准中规定了若干个测量项目要求,齿轮误差与使用特性关系如图1所示。
齿轮单项误差为最基本的误差,亦被称为原始误差,而综合误差是由各单项误差组合而成的。从图1中不难看出,齿轮单项误差在某种程度上直接影响齿轮综合误差的大小,并间接对齿轮的使用特性进行影响。所以,尽最大可能消除或修整齿轮的单项误差,能在一定程度上有效地控制齿轮的综合使用特性。
1.1 齿形误差
齿形误差是在端截面上,齿形工作部分内(齿顶倒棱部分除外)包容实际齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法线距离。造成该误差的因素较多,包括砂轮的几何误差,即齿向、压力角、切削槽导程的修磨质量以及砂轮安装等因素的影响,但不受影响齿向其他精度等因素的干扰:
(1)机床因素。刀具(砂轮)主轴和活动托座传动件磨损及工作台传动件的磨损以及砂轮与工作台同步的动态性能不好,均会造成不规则的齿形误差。
(2)夹具因素。夹具的几何误差和夹具定心超差会造成工件径向跳动误差、轴向跳动误差或两者都有。工件径向跳动对齿形误差的斜坡成份影响很大。
(3)砂轮因素。这是造成齿形误差最主要的因素。齿形是由多切削刃展成加工而成的,每片切削刃和它们与展成区域的相邻切削刃的几何关系都将影响齿形质量。用双头砂轮磨削齿轮,将直接影响齿形。另外,砂轮齿槽的数目对加工精密齿轮,特别是齿数较少的齿轮起着重要作用。砂轮齿槽越多,加工后的展成线越密,由此可减小由展成法造成的固有齿形误差。
(4)齿坯因素。包括:齿坯基准孔与夹具心轴之间的误差;心轴本身的径向跳动;齿坯端面与基准孔轴线的跳动误差;心轴中心与工作台回转中心不重合等[5]。
上述因素影响下得到未经修整的齿形如图2所示。
a—齿廓的有效工作段;b—齿形的总体倾斜量;c—齿面的形状误差
1.2 齿向误差
齿向误差即在分度圆柱上,齿宽有效部分范围内(端部倒角部分除外),包括实际齿线的两条设计齿线之间的端面距离。影响该误差的因素为:
(1)机床因素。
(1)机床的刀架导轨精度不够或磨损,立柱导轨精度不高,顶尖或顶尖机构设计不合理,以及工作台面水平性较差;
(2)加工斜齿轮时,差动挂轮误差大,差动传动链齿轮的制造误差和调整误差过大,或走刀丝杠间隙大,走刀窜动,则齿面易产生大的波纹。
(2)夹具因素。工装、夹具制造、安装、调整精度过低。如工作台台面的垂直度和工件轴向跳动误差都会引起齿向摆动或锥度。综合考虑齿向因素,夹具是齿向影响较大的因素。
(3)齿坯因素。齿坯的基准面对定位孔轴线的跳动过大。
在上述因素影响下得到的未经修整的齿向图如图3所示。
1.3 周节累计误差
周节累计误差是在分度圆上任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大值。周节累计误差主要包括齿圈径向跳动误差和公法线长度变动误差两个方面[6]。影响该误差的因素为:
(1)齿圈径向跳动超差。
(1)齿坯几何偏心或安装偏心,齿坯几何偏心通常是齿坯孔的轴线与齿坯基准面的垂直度超差,以及齿坯外圆相对于齿坯孔轴线的同轴度超差,两者都会大大地影响齿圈径向跳动;
(2)用顶尖定位时,因顶尖或顶尖孔存在制造误差,使定位面接触不良而造成偏心。
(2)公法线长度值超差,造成该误差的主要原因是设备精度问题,主要包括:机床分度蜗轮的精度过低;机床的工作台圆形导轨磨损;分度蜗轮与工作台圆形导轨不同轴。
2 修整方式
当齿轮进入啮合区和脱离啮合区时,由于存在齿轮制造误差以及受载变形等,这些因素引起齿轮角速度的变化,从而可对齿轮产生不良的冲击。这种冲击的产生,即使在高精度齿轮传动过程中也难以避免。若要减小传动中的冲击,有效途径之一是采用精密磨削齿轮修整方式,从而可有效地减少齿轮误差(特别要注意3个项目的精度控制,即周节累计误差、齿向误差、齿形误差)和受载变形等因素的产生,进而减少齿轮传动过程中的冲击。
理论上,按照齿廓形成的方法不同,精密磨齿可以分为成形法和展成法两大类,如表1所示。
通过对表1中磨齿类型的分析,蜗杆式砂轮磨齿是一种高效、高精度的齿轮加工方式,即采用蜗杆式砂轮与齿轮工件展成啮合的原理来磨削工件[7],其工作原理(如图4所示)是:砂轮相当于渐开线的蜗杆,工件沿自己的轴线进给,工件与砂轮按照传动比各自围绕自己的轴线回转。该加工方式更适合对已存在的齿轮误差进行修整,本研究将主要采用该方式对齿轮误差进行修整。
2.1 齿形修整方式
修整齿向和齿距误差通常比修整齿形误差更容易。事实上,经磨齿修整后齿向和齿距精度可达4级以上或更好,而齿形精度很难达到4级以上。所以在对齿形修整时,使其齿廓尽量逼近理论齿廓。齿形修整包括修缘、修根和挖根等方法[8,9]。
2.1.1 减小齿形的总体倾斜量
通过图2可知,齿形的总体倾斜量b较大,齿形曲线底部的倾斜角度明显大于顶部的倾斜角度,说明齿轮压力角存在误差。A、D点在齿面上表现为凹陷部位,而B、C点在齿面上表现为凸起部位,这些缺陷主要由砂轮不平衡摆振和砂轮齿距误差所引起的共同合成误差[10]。
可将齿形的误差分解为a和c两部分。为减小齿轮各个单项基本误差的产生,通常采用下列方法分析齿廓的有效工作段a引起的相关误差。
齿形误差计算:
式中:Df0—齿形误差,ε—砂轮与齿轮工作面重合度,Dαf—压力角偏差,m—齿轮的模数,α—压力角。
修整齿形误差时磨齿设备的头架调整角度计算方法:
式中:s—测量齿形基圆展开长度,Dαf1—机床头架安装角。
实践结果表明:当室温下降时,αf1要调小;当室温上升时,αf1要调大。
2.1.2 减小齿面的形状误差c
减小齿面的形状误差c,首先要保证砂轮的工作质量,即精磨用的砂轮要精确平衡,修整砂轮时,金刚石刀的吃刀深度为3μm～10μm。修整砂轮时,笔者相应地对砂轮作出精度调整,修整流程如下:
砂轮平衡→粗滚压→砂轮精平衡→金刚刀附件修整→精滚压。
经过调整,可以测得砂轮及砂轮修整器的误差对齿轮的齿形误差分配,如表2所示。
由表2可见,砂轮修整机构误差造成齿形误差占齿形总体误差的50%以上,经过上述分析与调整,最终得到修整后的齿形如图5所示,其精度达到修整目的。
2.2 齿向修整方式
沿齿线方向修整齿面,修整时使其齿面逼近理论齿面。通过齿向修整可以改善载荷沿齿轮接触线的不均匀分布现象,提高齿轮承载能力。齿向修整的方法主要有齿端修薄、螺旋修整、鼓形修整和曲面修整等:
(1)齿顶修薄。对齿轮的一端或两端在一小段齿宽上将齿厚向顶部逐渐削薄,该方法是最简单的修整方法,效果较差。
(2)螺旋修整。修整齿向或螺旋角的大小,使实际齿面位置接近理论的齿面位置。
(3)鼓形修整。采用齿向修形是齿轮的齿宽中央鼓起,鼓形修整虽然能改善齿轮接触载荷不均匀分布,但是由于齿轮的两端载荷分布并不相同,误差也不完全按鼓形分布,其修整的效果并不理想。
(4)曲面修整。特别考虑热变形,按照实际误差进行齿向修整,修整后的齿面不一定总是鼓起的,往往是凸凹相连的曲面,曲面的修正效果较为理想,但计算较为困难。
提高齿轮的齿向精度,首先应保证金刚刀的刀架移动方向与砂轮回转线垂直;其次,减少齿轮心轴定位端面对主轴回转轴线的摆动以及齿胚定位端面对定位孔几何中心线的摆动量。对图3进行分析,当齿向超差时,会造成齿宽方向上有效载荷负载不均,导致啮合齿轮中发生啮合歪曲,对齿轮轴有分量冲击载荷,特别是对齿距的累计误差影响最大。综上所述,本研究采用螺旋修整方法,最终得到修整后的齿向图如图6所示,其精度达到修整误差目的。
综上所述,齿轮的精度指标与砂轮各项误差的对比如表3所示。
而由表3可知,砂轮精度对齿向精度的影响占影响该精度因素的20%左右。所以,对修整齿向误差时主要考虑齿胚因素和砂轮修整机构误差的影响。
2.3 齿轮周节累计误差修整方式
造成齿轮的周节累计误差的主要原因是机床误差、砂轮误差、齿胚误差及安装误差等因素。所以在修整齿轮的周节累计误差时,应注意考虑全面并且让周节累计误差呈正弦分布且幅值最小。
2.3.1 机床头架往复过程重复性误差
砂轮若为单头,砂轮螺旋线经修整器一次修整后的齿距误差、齿距累计误差很小,反映在齿轮的相邻误差不大。但砂轮若为双头,砂轮有两条螺旋曲线,砂轮修整器不能一次对砂轮修整完成,往复过程重复性误差造成齿距、齿距累计误差的不一致,因此在磨削加工中,不仅掺杂了机床误差(机床头架往复过程重复性误差等),而且加入了修整器的误差。所以在加工齿轮中,为了避免不必要的误差产生,应尽量选择单头砂轮。
在不考虑砂轮的螺纹升角影响的前提下,相邻齿距误差可通过下式计算:
式中:ΔtΠ—砂轮齿距误差,α—压力角,ε—砂轮与齿轮工作面重合度。
砂轮的齿距累积误差引起的齿轮齿形误差变化,可通过下式计算:
式中:DtΣ—砂轮的齿距累积误差,Z—齿轮齿数,ε—砂轮与齿轮工作面重合度。
通过式(3,4),可以看出砂轮影响齿轮误差最主要的方面分别为砂轮的安装误差、砂轮的齿距误差和砂轮齿距累积误差。因此,齿轮精加工中砂轮的精度对齿轮精度的提高具有重要的作用。所以,制造高精度齿轮的前提是对砂轮进行精密修整。
2.3.2 磨齿过程中的砂轮磨损
在磨齿过程中,砂轮的磨损量也直接影响齿轮的周节累计误差。而砂轮的磨损过程可分为3个磨损期:初期磨损、正常磨损、后期磨损。初期磨损阶段和急剧磨损阶段砂轮所磨工件的表面粗糙度Ra<1.1[11]。正常磨损阶段,砂轮所磨工件表面粗糙度Ra<0.8,可满足加工一般高硬齿面齿轮的表面粗糙度要求。
(1)磨齿砂轮选取原则。工件材料硬度较高时,应选用较软的砂轮;工件材料硬度较低时,应选用较硬的砂轮;砂轮与工件接触面较大时,应选用软砂轮;精磨时,应选用较硬的砂轮。
磨齿机床砂轮参数如表4所示。由表4可见,精磨齿形时,齿轮的模数越小,砂轮的粒度越细。为了保持砂轮轮缘不出缺口,采用锋利的金刚刀修整砂轮,对于高粒度的砂轮应用0.01 mm～0.005 mm的进给量修整。
(2)磨削比B。磨削比B是指被磨件的轴向去除尺寸和砂轮的轴向磨损量之比,即表达式为:
式中:DD—磨件的轴向去除尺寸,Dd—砂轮磨料层磨损的轴向尺寸。
磨削比B的正确选用表如表5所示,通过表5可知,选取正确的磨削比,不仅可以提高修整齿轮的效率,而且可以提高齿面的表面光洁度,避免磨齿过程中齿面烧伤现象的发生。
2.3.3 修整过程中齿面没有磨均匀
在齿轮加工中,有时会出现齿形不对称现象,除了刀具齿面非轴向性误差的影响外,主要是刀具对中性不好往往会引起齿形不对称。砂轮对中是指磨削时砂轮所处的轴向位置应使其一个刀齿或刀槽的对称线通过齿坯中心。磨削齿轮时砂轮包络齿面的齿数是有限的。当砂轮对中时,切出的齿形对称,反之则引起齿形不对称,齿形不对称的程度与包络齿面的齿数齿形的大小及齿面渐开线的曲率有关,砂轮包络齿面的齿数越少,工件齿形越大,且齿面曲率越大时,齿形不对称将会更严重。也就是说对于齿轮模数越大且齿数较少的齿轮,磨齿前应认真使砂轮对中,至于模数较小齿数较多的齿轮,刀具不对中影响较小,对齿轮的周节累计误差的影响也较小。
2.3.4 磨削时砂轮有轴向窜动或工件安装基准与回转中心不同轴
径向误差[12]:
式中:i—刀具与工件之间传动比,eyj—径向误差的j阶幅值,φyj—径向误差的j阶分量的相位角,Dt1—径向跳动误差。
切向误差:
式中:i—刀具与工件之间传动比,ezj—轴向误差的j阶幅值,φzj—轴向误差的j阶分量的相位角,Dt2—轴向窜动误差。
由公式(6)的径向回转误差可近似的认为刀具安装偏心,由公式(7)的切向误差主要由刀具的轴向窜动产生。
刀具主轴回转误差引起的齿形误差为:
式中:Dt1—径向跳动误差,Dt2—轴向窜动误差,Dft—齿形误差。
其中,公式(1)主要造成单一的、周节的误差;而公式(2～4)是造成周节累计误差的主要原因。
齿胚定位端面对应定位孔几何中心线的摆动量,齿胚的安装误差也对应于加大齿轮累计误差的产生:
式中:ei—齿坯的安装几何偏心误差,ej—机床的运动偏心误差,DFp—安装偏心引起齿距累积误差。
从式(8,9)可以看出,齿胚几何偏心对齿轮的周节累计误差有直接影响,说明齿坯安装偏心属于大周期误差因素,对齿距累积总误差的影响较大,如果偏心量很大的话,从推导出的公式可以看出安装偏心以近2倍的关系影响着齿距累积总误差[13],只要采取相应的修整措施,其影响的误差可以大幅度地减小。
3 修整结果
蜗杆式砂轮磨齿对齿轮修整是对齿形和齿向同时进行的。其经过精密磨齿修整前后的齿轮精度数据对比如表6所示。
由表6可知,蜗杆式砂轮磨齿对齿轮修整是提高齿轮精度的有效手段。
4 结束语
齿轮教学反思 篇5
在齿轮的教学我发现了一个现象，就是一个班的同学积极的准备教学用品萝卜，但是另一个的班的同学，准备的就是不很充分了。我想出现这种现象的原因之一就是在其中一个班进行在《滑轮》的学习中，我进行了较多的批评。这样就是使学生没有兴趣进行去活动。我想这是一个比较危险的信号，因此我想在以后的学习过程中，我对于学习的学习探究活动要进行较多的鼓励，以增加他们的学习信心和兴趣，能够进行较好的学习。现在的孩子和以前的孩子有很大的差别，我想这是表现之一。
我想在以后的学习中，对于学生的表现要进行积极的评价。这里的评价包括鼓励表扬和批评。但是在评价的过程中，我们还是需要鼓励表扬为主，批评为辅。这样才能够既能对于学生进行较好的提高学习的兴趣，又能够较好纠正学生在学习中出现的问题。恰当的评价，我想能够取得这样好的效果的。
在学习活动中，组织学生进行活动能够取得良好的学习效果。学生在既快乐又轻松中，增长动手的能力，并且能够在动手操作观察现象和总结出结论。而且学生还会学习到相互帮助，相互合作。比如学生在制作萝卜齿轮的时候，就会在小组之间进行相互借材料，在学生的小组内学生能够积极的进行制作，并且进行操作大小齿轮，并且从中学生学到知识。
浅析齿轮传动失效形式 篇6
随着科技高速发展，电线电缆工业的现代化和用户需求的提高，设备的自动化程度也越来越高。但在电线电缆生产设备中，机械设备部分很多仍以齿轮传动方式作为主要的传动形式，在变速、动力传递等各方面被广泛应用。这是因为齿轮传动具有紧凑的结构、高效可靠的性能和便于维修等特点。
一般来讲，齿轮自身的轮辐、齿圈与轮毂等其他部分的尺寸和结构都是根据以往的使用和工作经验来进行设定并确定的，所以，其承载能力相对来讲比较强，且在实践过程中也基本不会发生设備失效的情况。因此，所谓的齿轮传统失效，其主要指的就是轮齿出现的失效情况。由于影响轮齿失效形式的因素较多，且不同因素相应的处理方案也带有一定的差异，对此，本文以常见的轮齿失效形式为立足点，就其处理方式进行全面研究分析。
1.齿面点蚀
齿面点蚀其主要存在于齿轮表面的马甸，其主要出现的原因为齿轮面劳损引起。齿轮在传动的时候，齿面点蚀表面的接触点应力主要以动脉变化形式出现，齿轮接触一定的应力之后，最近的齿根表现很容易出现裂缝。润滑油会顺势流入产生的裂缝之中，齿轮闭合会造成小裂缝中的润滑油收到挤压，进而会撑大裂缝面积，并最终导致齿面出现小片状的剥落，从而形成一个个麻点形状的凹坑。当齿轮的表面出现齿面点蚀情况后，不仅该齿轮整个传动工作的平稳性会受到影响，其在传动的过程中还会出现噪音和不正常的振动，从而导致其正常工作受到影响，进而破坏其传动工作。
当工作人员将新的齿轮投入到使用时，部分齿轮可以会在使用了较短的一段时间后就出现点蚀情况，这主要是由于选择的新齿轮自身轮齿表面的光滑度没有满足使用要求，这样其传动过程中会沿接触线出现偏载情况，导致齿轮表面接触不良，造成其表面的若干突起处出现极大地高峰接触应力。与此同时，当齿面偏软的齿轮在刚投入使用便出现点蚀现象后，齿面的凸起处就会逐渐的变平，而后再经过跑和工作过程中碾压和磨损等作用，使得齿面接触面逐渐趋于良好，此时，其高峰作用力就会随之不断的减少，直到该作用力低于最小值时，齿面点蚀便会消失。此外，齿面较硬的齿轮其自身表面接触的疲劳强度相对较高，所以极不容易出现点蚀现象，而一旦此类型齿轮出现点蚀情况后，由于该齿轮表面硬度较高，跑和工作无法有效进行，并且，其材料带有一定的脆性，凹坑边缘一般不会被轻易的碾平，只有齿面完全被损坏，点蚀才会停止，所以，在使用此种类型的齿轮时，工作人员必须要对提升设备加工和接触和精度，使硬面齿轮的优越性可以被完全的发挥出来，从而提升其工作性能。
因此，为了有效的防止各类型的齿轮出现齿面点蚀，相关人员在设计齿轮传动工作时，需要对不同类型齿轮表面的疲劳强度进行有效的计算，从而保证其齿面的接触应力能够抵御允许值。对此，有效防止齿轮出现齿面点蚀的措施有：第一，提高齿轮表面的硬度；第二，降低齿轮表面的粗糙度；第三，使用整正变位的齿轮传动方式；第四，选择粘度相对较高的润滑油；第五，提高加工和安装齿轮的精细度；第六，完善设备的散热条件。
2.轮齿折断
当轮齿受到作用力之后，其悬臂梁在此时就会受到荷载力的作用，此时，齿轮根部受到的弯曲应力处于最大值；并且，由于齿根拥有加大的应力集中，所以，轮齿折断通常都是在齿轮根部发生的。当齿轮处于传动工作状态时，其轮齿每啮合一次，齿根的弯曲应力便会相应的出现一次变化。当其弯曲应力大于齿轮自身弯曲疲劳的最大值时，轮齿每一次完成重复受载工作后，齿轮根部都会出现疲劳裂纹，且这些裂纹会随着重复受载工作次数的增加而不断的扩展，最终造成轮齿折断。此外，当轮齿遭受到来自短时意外造成的严重过载或者是冲击荷载应力时，也极容易被折断，而这种折断又被称为裹在这段。需要注意的是，无论是哪一种类型的轮齿折断，其发生点都为轮齿受到拉力的那一侧。对于那些宽度较大的直齿圆柱齿轮来讲，其往往会由于齿轮在制造时出现误差而使得其载荷被集中在齿轮的一侧，引起裂缝不断扩大并最终折断。
为了防止齿轮在传动的过程中出现轮齿折断现象，相关人员在对其传动过程进行有效设计时，首先要对轮齿能够承受的最高弯曲疲劳强度进行精密的计算。此外，有效防止轮齿折断的措施还有：第一，加大齿根部的过渡圆角，降低齿轮根部表面的粗造程度，并提高加工齿轮表面是的工艺精度等；第二，提高安装齿轮设备的精度，并提高支撑轮齿的刚性，从而有效的避免轮齿出现偏载现象；第三，完善对设备进行热处理的方案，使得齿轮的表面具有一定的硬度，其内芯有一定的韧性；第四，采用辊压和喷丸等处理工艺对齿根进行强化处理。
3.齿面胶合
对于齿轮设备来讲，此种失效形式属于相对比较严重的一种粘着磨损，其主要是齿轮在高速重载传动工作中，由于自身滑动的速度过快而在瞬间产生较高的温度，使得油膜被损坏导致的各个齿轮表面出现了粘焊现象；并且，当齿轮的粘焊处受外力作用被撕脱后，轮齿的表面会沿着活动的方向出现较为均匀的沟痕，导致齿轮胶合。
为了有效的防止或者是减轻齿轮表面的胶合，可以采取以下防护措施：第一，使用抗胶合力相对较强的润滑油；第二，使用角变位材料来对齿轮进行传动；第三，降低齿轮的模数和高度，以便有效降低齿轮滑动的速度；第四，提高齿轮表面的硬度；第五，相互配对的齿轮要具有意一定的硬度差；第六，改善齿轮的润滑和散热条件。
结论
总而言之，除了上述本文分析和讲解的几种常见的齿轮失效形式之外，如果齿轮在传动工作进行时出现了短时间的过载，那么，齿轮就会出现一定程度的静强度破坏。并且，在短时过载这一情况的作用下，受到极高弯曲应力的影响，由塑性材料制作完成的齿轮就会因此而出现一定程度的弯曲和变形；由脆性材料或者是小塑性材料制作出来的齿轮还会出现弯曲脆性折断情况。因此，为了能够有效的防止这些失效形式的出现，在必要的时候，工作人员可以按照短时过载的节线静强度来对荷载力进行校队和审核。
齿轮齿轮 篇7
关键词：减速箱,失效,齿轮检测,间隙,标准
齿轮传动常见的失效形式, 主要是齿的折断和齿面损坏。齿面的损坏又分为齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等。下面我们就针对以上齿轮的五种失效形式展开论述。
一、齿的折断
轮齿的折断一般发生在齿根部分, 因为齿根的弯曲应力最大, 而且是应力集中之源。轮齿的折断由三种情况:过载折断、疲劳折断、局部折断。
为了防止轮齿发生折断, 一方面可以采取工艺措施, 例如在齿根部的圆角不易过小、提高齿面加工精度, 以降低应力集中、从而消除产生疲劳裂纹之源。另一方面在设计齿轮传动时, 应通过限制轮齿根部的弯曲应力, 使其小于材料的许用应力的强度准则, 对轮齿进行强度计算或核验。
二、齿面点蚀
齿面点蚀 (也称接触疲劳) 是润滑良好的闭式齿轮传动中软齿面 (表面硬度HB<350) 常见的损坏形式。点蚀一般发生在靠近齿面节线的齿根表面上。
实践证明, 新齿轮在运转一段时期以后, 有时会发现点蚀的痕迹。但如果继续运转下去, 点蚀不再继续发展, 甚至反而消失。这种点蚀一般称为初始点蚀 (也称为收敛性点蚀或停留性点蚀) 。初始点蚀通常发生在软齿面上, 发生这种点蚀的原因是由于工作初期, 齿面偏离渐开线曲面较大, 在若干个微凸起处产生较大的接触应力而引起的。当齿面经过一段时间跑合后, 微凸起处逐渐变平, 从而扩大了接触区。又由于磨损、碾压等原因使其表面接触趋于良好, 高峰接触应力随之降低, 因而促使点蚀停止发展。对于中、低速齿轮传动, 此种齿轮仍可继续工作。
硬齿面 (HB>350) 上一般不发生初始点蚀。这是因为, 当齿面出现小凹坑以后, 由于材料的脆性, 凹坑的边缘不会被碾平, 而要继续碎裂下去, 一直到齿面完全损坏为止。这种点蚀一般称为扩展性点蚀。当发生严重的扩展性点蚀后, 齿轮除发生强烈的震动和噪音外, 并可能出现齿的折断。
当齿轮的热处理工艺不符合要求时, 硬齿面齿轮沿硬化层和心部的交界层处, 齿面有时会成片剥落, 被称为片蚀。
在开式齿轮传动中, 齿面的点蚀还来不及出现或扩展就被磨去。因此, 在开式齿轮传动中, 一般不会发生点蚀损坏现象。
一般来说, 提高齿面的硬度和光洁度, 尽可能采用大变位系数, 借以改善轮齿齿面的抗点蚀性能, 以及采用粘度大的润滑油等措施, 都有助于防止齿面发生疲劳点蚀。在设计齿轮传动时, 应通过限制齿面的接触应力, 使其小于材料的许用应力的强度准则, 对齿面进行接触疲劳强度的计算或校核。
三、齿面磨损
导致齿面磨损的原因有:在开式齿轮传动中, 由于齿轮外露, 因而金属微粒、污物、灰尘等易于进入齿的工作表面间, 而引起磨粒磨损。在闭式传动中, 轮齿间的啮合, 在齿面间除滚动外还有相对滑动, 从而发生摩擦, 使齿面磨损。如齿轮润滑良好, 齿面光洁度比较高, 则有助于减缓齿面的磨损。齿面发生严重磨损后, 将是正常的渐开线曲面齿廓变形, 齿侧间隙增大, 齿厚减薄, 并将引起冲击和震动, 使用寿命下降。
通常, 当齿轮齿面磨损而使齿面精度下降一级, 此齿轮即告失效。
四、齿面的胶合
齿面的胶合损坏多出现在高压 (重载) 、润滑不良;或高压、低速不能形成油膜的状况下, 是相互滑动的金属表面发生直接接触, 局部金属粘合在一起, 较软的齿面就会被较硬的齿面一块块的撕下, 形成很粗糙的表面。齿面发生胶合后, 将加速齿面的磨损, 使齿轮传动趋于失效。
此外, 在高压、大滑动速度下, 易使金属表面局部温度急剧升高, 而润滑油的粘度因此显著下降, 齿面间的油膜破裂, 也会发生齿面胶合。
齿面胶合损坏也可分为初始胶合及扩展性胶合两种: (1) 初始胶合:当齿面跑合或者建立了充分的润滑条件后, 齿面胶合就不再发展, 原来已经出现的轻微的胶合线还可能被磨掉。 (2) 扩展性胶合:它的特点是齿面布满胶合线, 甚至会连成一片, 齿面会严重变态。在此情况下, 齿面精度下降, 震动及噪音增大, 齿面温度急剧上升, 传动的摩擦功耗显著增大。
防止齿面胶合的方法是:控制齿轮传动的温升, 在低速时采用高粘度润滑油, 在中、高速或低速重载时, 采用具有抗胶合添加剂的润滑油。
五、齿面的塑性变形
综上分析, 齿轮传动的几种失效形式可以得出, 轮齿的每一种损坏形式的出现并不是孤立的。
通过以上对齿轮轮齿的失效形式的分析, 我们加深了齿轮传动知识的的学习, 掌握了有关齿轮失效的几种形式及其解决办法。这时我们再通过下面学习、掌握齿轮完好标准的要求、进行检测齿轮传动啮合接触斑点及间隙问题时, 就会准确明了、掌握实习操作的主动权。
齿轮齿轮 篇8
关键词：齿轮转速,接触疲劳寿命,速度系数
0 引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动形式之一。齿轮传动常见的失效形式有齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等,这些失效形式均与齿轮传动的润滑性能息息相关,而齿轮转速又是影响润滑性能的重要因素。张增强[1]、尹晓亮[2]等人研究了润滑油粘度、齿面粗糙度及时变效应等因素对齿轮接触疲劳寿命的影响,但未探及齿轮转速的变化对疲劳寿命的影响。Xu[3]提出了预测斜齿轮传动效率的方法并用之探讨了齿轮传动设计参数和润滑参数对斜齿轮副机械效率的影响。刘晓玲[4]等人的研究表明,低速情况下速度参数对弹流润滑性能有巨大影响。可见齿轮转速是一个重要的设计参数,而有关齿轮转速对齿轮接触疲劳寿命影响的研究尚未见诸报端。因此,本研究是完全必要的。
1 模型的建立
1.1 基本方程
本文采用Yang和Wen[5]于1990年提出的广义Reynolds方程:
undefined。 (1)
其中:p为流体压力;h为油膜厚度;undefined为卷吸速度;x为坐标变量;t为时间变量;(ρ/η)e、ρ*、ρe均为因润滑剂粘度η和密度ρ沿油膜厚度方向变化而定义的当量参数,各当量参数的具体表达式见参考文献[6]。
方程(1)的边界条件为:
undefined。 (2)
其中:xin、xout分别为润滑油入口和出口处坐标。
基本方程里面还包括粘压-粘温方程、密度方程、载荷平衡方程、膜厚方程、油膜能量方程和固体的热界面传导方程等,这些方程的推导与建立详见参考文献[7]。
1.2 基本方程的求解
压力计算采用多重网格法[8],温度计算采用逐列扫描法。在压力计算过程中假定温度场是已知的,通过解Reynolds方程求压力,应用该压力求膜厚,并调整刚体中心膜厚使压力满足载荷平衡方程。温度计算过程中假定压力和膜厚是已知的,通过解油膜能量方程和两齿轮固体的热传导方程得到温度场分布。应用多重网格法时,网格共6层,最稠密的一层在x方向上,共961个节点,z方向上的节点共21个。其中,油膜节点数为9,使用等距网格;两啮合齿轮内节点数均为5,使用不等距网格;两界面上各有一个节点。压力分析在各层网格上均使用Gauss-Seidel迭代。
1.3 接触区次表面应力分布的数值计算
根据弹性力学中的接触理论[9],由于齿面正压力P(X)和切应力τ1(X)的联合作用,在齿轮接触区次表面任意一点B(X,Z)(其中X指齿轮的周向,Z指齿轮的径向)所产生的应力为:
undefined。 (3)
undefined。 (4)
undefined。 (5)
其中:μ为小齿轮面上的摩擦系数;S为X向的附加坐标。
不难看出,当X→S和Z→0时,上述积分近于奇异点。为了克服奇异性所带来的困难,本文采用Filon类型的特殊积分法,即将一个单元上的曲线用抛物线来代替,如图1所示。
设:
P=C1+C2Ψ+C3Ψ2 。..........(6)
令Φ=X-Si,并设:
C1+C2Ψ+C3Ψ2=α+β(Φ-Ψ)+γ(Φ-Ψ)2 。........... (7)
于是:
undefined。 (8)
其中的C1、C2、C3可根据节点压力求得:
undefined。
又由Ψ=S-Si,可得:
dΨ=dS 。.........(9)
X-S=(X-Si)-(S-Si)=Φ-Ψ 。 (10)
将式(6)～式(10)代入式(3)～式(5),则因该单元正压力和切应力在B(X,Z)所产生的应力为:
undefined。 (11)
undefined。 (12)
undefined。 (13)
由式(11)～式(13)求得节点i(i=0,1,2,3,…,n)的应力分量后,可用第三强度理论获得该点的主剪应力:
undefined。 (14)
2 算例及其结果分析
齿轮a(小齿轮)、b(大齿轮)及润滑油基本参数见表1。
令小齿轮的转速na在700 r/min～3 000 r/min之间变化,而其他参数维持表1所给出的数值不变,进行41组数值计算,以获得不同转速下的齿面压力分布及齿轮接触区次表面的应力分布。图2(a)、(b)、(c)分别给出了转速na为1 000 r/min、2 200 r/min和2 500 r/min时的齿面压力分布和次表面应力分布。从图中可以看出:转速为1 000 r/min和2 500 r/min时的接触区次表面主剪应力的最大值τmax均大于转速为2 200 r/min时的相应值,且应力集中现象也较为剧烈。
图3为依据计算所得数据绘制的齿轮接触区次表面主剪应力的最大值τmax与小齿轮转速na之间的关系曲线,从中可以看出:当na<2 200 r/min时,τmax随na的增加而降低;当na≈2 200 r/min时,达到最低值;此后τmax的值随na的增大不减反增,这有悖于国际齿轮强度计算标准(ISO/TC60 423E)中所提出的润滑理论。为了考虑齿轮转速对齿轮传动润滑效应的影响,该标准中推荐了速度系数Zv,其值随齿轮转速的增大而单调上升,这就意味着齿轮转速越快,润滑效应就越好、齿轮传动的疲劳寿命也就越长。为了论证本研究结果的正确性,本文分析了次表面主剪应力最大值τmax与第二压力峰Pmax之间的关系。图4为根据计算结果绘出的应力最大值τmax与第二压力峰Pmax间的关系曲线。有必要说明的是,由于计算误差,曲线出现了不规则现象。图4显示:τmax随着Pmax的增大,先减小后增大,这也正是当齿轮转速过高时齿轮传动接触疲劳寿命反而降低的根本原因。
3 结论
(1)就本文所探讨的工况条件而言,当na≤2 200 r/min时,齿轮接触区次表面主剪应力的最大值τmax随齿轮转速na的增大而减小;但当na>2 200 r/min时,τmax随na的增大不减反增。这就意味着对齿轮传动来说,在一定的工况条件下,过高的转速有损于齿轮传动的接触疲劳寿命。因此,国际齿轮强度计算标准中所荐速度系数Zv随齿轮转速的增大而单调上升的结论具有一定的局限性,只能在一定的工况下使用。
(2) 齿面压力分布中的第二压力峰是个重要的参数,它对齿轮接触区次表面的应力分布影响较大。齿轮接触区次表面主应力最大值τmax与齿面压力分布中的第二压力峰Pmax之间呈抛物线关系,如图6所示。当Pmax≥1.05 GPa时,τmax随Pmax的增大而增大,这也正是齿轮转速过高会引起齿轮接触疲劳寿命降低的根本原因。
参考文献
[1]张增强,高创宽,尹晓亮.润滑油粘度对齿轮接触疲劳寿命影响的研究[J].机械工程与自动化,2008(6):79-81.
[2]尹晓亮,高创宽,张增强.粗糙表面形貌参数对润滑油特性的影响[J].机械工程与自动化,2008(6):82-85.
[3]Xu Hai,Kahraman A.A frictional efficiency loss modelfor helical gears[C]//Proceedings of IDETC/CIE 2005.Long Beach:[s.n.],2005:897-908.
[4]Liu Xiaoling.Influence of solid body temperature on thethermal EHL behavior in circular contacts[J].Journal ofTribology,2008,130(1):014501.
[5]Yang P,Wen S Z.A generalized Reynolds equation fornon-Newtonian thermal elastohydrodynamic lubrication[J].Journal of Tribology,1990,112(4):631-636.
[6]杨沛然.流体润滑数值分析[M].北京:国防工业出版社,1998.
[7]郭峰.椭圆接触微观弹性流体动力润滑求解的多重网格法研究[D].青岛:青岛建筑工程学院,1998:15-50.
[8]Wang J,Qu S Y,Yang P R.Simplified multigridtechnique for the numerical solution to the steady-stateand transient EHL point contacts[J].TribologyInternational,2001,34(3):191-202.
齿轮齿轮 篇9
一、直齿圆柱齿轮的测绘
1. 齿轮的标准制度。
齿轮作为重要的基础零件, 各个国家对它的基本参数都进行了标准化, 形成了各自的标准制度。中国采用米制, 即模数制, 模数用m表示, 单位为mm, 标准压力角大多为20°。渐开线圆柱齿轮基本齿廓可查国标GB/T1356——1987, 渐开线圆柱齿轮模数可查国标GB/T1357——1987。
2. 几何参数的测量。
(1) 齿数z的测定。通常情况下, 齿轮多为完整齿轮, 即整个圆周都布满了轮齿。对于不完整的齿轮, 如扇形齿轮或残缺的齿轮, 则应根据其结构测出齿顶圆直径da后, 再利用图解法或计算法测算出齿数z。
(1) 图解法。如图1 (a) 所示, 以齿顶圆直径da画一个圆, 根据扇形齿轮实有齿数量取跨若干个周节B的弦长A, 见图1 (b) , 再以此弦长A截取圆da。对于小于A的剩余部分DF, 再以一个周节的弦长B去截取, 直到截完为止。最后算出齿数z。图中, 以A依次截取da为3份即CD, CE和EF, 剩余部分DF正好被B一次截取。设弦长A包含n个齿, 则
(2) 计算法。量出跨n个齿的齿顶圆弦长A, 如图1 (b) 所示, 求出N个齿所含的圆心角, 最后求出1周的齿数z。
(2) 齿顶圆直径da和齿根圆直径df的测量。如图2所示, 对于偶数齿齿轮, 可用游标卡尺直接测量得到da和df见图2 (a) ;而对奇数齿齿轮, 则不能直接测量得到, 可按下述方法进行, 见图2 (b) 。
(1) 用游标卡尺直接测量, 但此时卡尺的一侧在齿顶, 另一侧在齿间, 测得的不是da, 而是da, 需通过几何关系推算获得。何关系分析见图2 (b) 。有
da=da/cos2θ, 取k=cos2θ, 则
式中, k为校正系数。奇数齿齿轮齿数z与齿顶圆直径校正系数k的对应关系可查表获得。
(2) 对于中间有孔的齿轮, 也可用间接测量的方法, 即测量内孔直径d, 内孔壁到齿顶的距离H1或内孔壁到齿根的距离H2见图2 (a) , 计算得到:
(3) 全齿高h的测量。全齿高h可采用游标深度尺直接测量, 这种方法不够精确, 测得的数值只能作参考。全齿高h也可以用间接测量齿顶圆直径da和齿根圆直径df, 或测量内孔壁到齿顶的距离H1和内孔壁到齿根的距离H2的方法, 如图2所示, 按下式计算:
(4) 中心距a的测量。中心距的测量精度将直接影响齿轮副测绘结果, 所以测量时要力求准确。测量中心距时, 可直接测量两齿轮轴或对应的两箱体孔间的距离, 再测出轴或孔的直径, 通过换算得到中心距。如图3所示, 即用游标卡尺测量A1和A2, 孔径d1和d2, 然后按下式计算:
(5) 公法线长度Wk的测量。对于直齿和斜齿圆柱齿轮, 可用公法线指示卡规、公法线千分尺测出两相邻齿公法线长度Wk (k为跨测齿数) 。依据渐开线性质, 理论上卡尺在任何位置测得的公法线长度均相等。但实际测量时, 以分度圆附近测得的尺寸精度最高。因此, 测量时应尽可能使卡尺切于分度圆附近, 避免卡尺接触齿尖或齿根圆角。测量时, 如切点偏高, 可减少跨测齿数k;如切点偏低, 可增加跨测齿数。
跨测齿数k值可按公式计算, 或者在《机械设计手册》中查到。如, 测量标准直齿圆柱齿轮的齿形角α=20°, 齿数z=30, 则公法线的跨测齿数k为:
在测量公法线长度时, 需注意选择适当的跨齿数。一般应在相邻齿上多测几组数据, 以便比较选择。
(6) 基圆齿距pb的测量。用公法线长度测量, 公法线长度每增加一个跨齿, 便增加一个基圆齿距。所以, 圆齿距pb可通过公法线长度Wk和Wk+l的, 计算获得:
式中, Wk+l和Wk分别为跨k+1和k个齿时的公法线长度。
(7) 分度圆弦齿厚及固定弦齿厚的测量。控制相配齿轮的齿厚是十分重要的, 它可以保证齿轮在规定的侧隙下运行。齿轮的齿厚偏差可以通过齿轮游标尺测量。
3. 基本参数的确定。
(1) 模数的确定。模数在测量时无法直接确定, 必须经过计算才能确定。为使计算尽可能准确, 常采用以下几种方法计算;
(1) 用测定的齿顶圆直径da或齿根圆直径df计算确定。即
式中ha*为齿顶高系数, 标准齿形ha*=1, 短齿形ha*=0.8;国产齿轮ha*=1, c*=0.25。
(2) 用测定的全齿高计算确定。即
(3) 用测定的中心距计算确定。即
(2) 齿形角a的确定。
(1) 用齿形样板对比确定。按照标准齿条的形状制造出一系列齿形样板, 每一块样板对应一个固定的模数m和齿形角。如图4所示。将样板放在齿轮上, 对光观察齿侧间隙和径向间隙, 可同时确定齿轮的模数m和齿形角。
(2) 用公法线长度法计算确定。按测得的公法线长度Wk, Wk-1或Wk+l推算出基圆齿距pb, 按照公式计算齿形角。即
二、斜齿圆柱齿轮的测绘
1. 斜齿国柱齿轮的测绘特点。
斜齿圆柱齿轮的测绘步骤与直齿圆柱齿轮的大致相同, 但是增加了齿顶圆螺旋角尽的测量和分度圆螺旋角β的计算。
2. 螺旋角的测定。
(1) 滚印法。在齿轮的齿顶圆上薄薄地涂上一层红印油, 将齿轮端面紧贴直尺, 顺一个方向在白纸上作滚动, 在白纸上就留下了齿顶的展开痕迹, 如图5所示。
这时, 利用量角器即可量出齿印的斜角。用这种方法量得的是齿顶圆螺旋角βa。分度圆螺旋角β可按下式计算:
但是, 这种方法求得的螺旋角β只是一个近似值。对于成对更换的齿轮, 这种方法可以基本满足要求。
(2) 正弦棒法。如图6所示:在齿向仪上, 固定斜齿轮, 将齿条状测量头插入斜齿轮的齿间, 正弦棒也就随之倾斜一个角度。测量尺寸B和C后, 即可按下式计算:
(3) 轴向齿距法。如图7所示, 将两个直径相同的钢球放在斜齿轮的齿间, 使两钢球的球心连线平行于齿轮轴线O—O。这时, 可用游标卡尺或千分尺直接量出尺寸L, 则轴向齿距px和螺旋角β可按下式计算:
式中, N为两钢球间的齿数;dp为钢球直径, 一般可按dp=1.68 mn选取。
3. 基本参数的确定。
齿轮齿轮 篇10
(一) 我国齿轮行业的现状与发展
上世纪六、七十年代随着对单啮仪技术的深入探究, 发现轻载下得到的测试结果并不能完全预测承载下的齿轮工作性能, 因此提出了动力学单啮测试方法, 它的思路是研究齿轮速度、载荷、静态误差、传动质量之间的关系。尽管单面啮合运动发展迅速, 但它并未减少单项仪器的应用, 研究发现单啮误差存在着一些不足, 首先它不能完全反映齿轮的工作平稳性, 这是由于被测齿轮和测量元件作单啮运动时, 只有一部分齿廓参与测量, 而未检部分, 在一定的齿轮副误差组合情况下, 工作时往往都会表现出来;其次, 由于齿轮的检查不仅是功能检查, 另一重要用途是通过测量结果分析误差的来源, 并通过改变加工状态来消除和减少这些误差源的影响, 而传统的单啮法得出的结果是齿面各误差的综合结果, 除可分离极少数误差项目以外, 齿形、齿向等重要的信息都不能获得, 因此它难于用在工艺分析上;最后, 尽管单啮误差与工作特性有关, 但具有相同单啮误差的齿轮可以有不同的工作特性, 这是由于齿轮各项误差复杂关系导致, 相同的单啮误差可由不同的单项误差组合而成, 也可以由相同的单项误差以不同的方式组合而成, 而传统的单啮测试结果是不能反映各种误差关系的。
(二) 双啮测量方法的原理
近年来, 在齿轮精度综合指标的检测方面, 不断有新仪器研制出来, 虽然这些新仪器扩大了检测功能, 提高了检测精度, 但是在齿轮制造行业中主要还是用传统的检验仪器——双面啮合检查仪进行齿轮的质量检查。其原因是双啮综合检验效率高, 反映信息好, 测量稳定, 仪器价格低廉, 可满足一般精度要求, 而高级的齿轮仪器不但价格高, 而且对环境的条件要求严格, 操作复杂, 故障率高, 不易维修, 因此适合于车间使用, 是齿轮生产中的主要测试方法之一。双啮综合检验是使被检齿轮与标准测量齿轮作无侧隙的紧密啮合, 啮合齿的两侧面都接触, 在此条件下连续检验双啮中心距的变动。借助于微机控制系统可以对齿轮进行自动检测, 大大提高了检测效率。编写软件可以对检测得到的双啮误差曲线进行误差分析, 找出误差产生原因。经分析, 该检测技术有如下优点:
1. 减小了劳动强度, 提高了检测效率。
传统的检测方法依靠操作员读表或读图, 检测时精力高度集中, 也十分费时。经改造后, 电动机驱动齿轮转几转即可获得检测结果, 双啮中心距变动曲线在PC机屏上显示, 也可用打印机输出。
2. 检验精度可靠性高。
传统的检验方法在很大程度上仍然依靠操作者的经验和工作状态。对同一齿轮, 不同的检验员可能会得出不同的检测结果。而检测过程则完全依靠计算机的计算分析结果, 因此检测一致性好, 精度高。
3. 拓宽了原双面啮合检查仪的功能。
批量检测结果的统计分析和对径向短周期误差的谱分析为进一步的质量监控提供了依据。
4. 配套设备少、成本低、效益高。
在不作此检测时, PC机及A/D卡可作他用。
双面啮合检查仪虽然有多种不同形式, 但它们的原理都相似 (如图1所示) 。齿轮检测仅由齿轮轴支承、驱动电机、感应同步器、测量电路等装置组成。测量时, 先开机, 系统进入待命状态。当安装好齿轮后, 按启动键, 步进电机将驱动标准齿轮, 使被测齿轮旋转一周, 与此同时, 进行数据采集、分析处理、误差显示等一系列工作。在大批量生产中, 为了避免每次读误差值的麻烦, 可通过公差输入键, 输入公差值, 并设置超差报警功能。
(三) 齿轮误差原因分析专家系统的组成
齿轮误差原因分析专家系统模块能够辅助用户进行误差原因分析, 对用户在齿轮测量中遇到的某些疑难问题给予解答, 而且系统在进行参数计算过程中, 能够调用该模块针对出现的某些情况进行推理, 并根据得出的结论, 调整参数, 优化结果。系统的建立基本上按照基于规则的自动匹配式系统的建立方法建立。但自动匹配式系统在人工智能领域内, 无论是理论上还是应用上都经历了很大的发展。所以现在的专家分析系统与过去的组成模式己有很不相同。按照模块化的理论, 本系统模块主要可以分为主控模块、知识库模块、数据库模块、推理机及解释机构五个子功能模块。具体结构如图2所示:
其中几个主要模块功能如下:
1.
主控模块主控模块主要是对用户提交的数据进行初步分析, 决定如何调度专家系统中的各模块协同工作, 是系统的主体框架, 但具体工作的实现由其余四个模块完成。
2. 知识库模块。
知识库模块用于建立知识库, 获取知识, 并且把各条知识链接起来, 形成“知识库规则链表”。此外, 还对包含最终结论的规则进行检测, 做上标记。知识库是专家系统的核心, 它以某种存储结构存储领域专家的知识, 包括事实和可行的操作与规则等。其知识来源于系统建立时预输入和系统使用时的不断补充、完善, 它是整个系统推理与求解的基础。
3. 数据库模块。
数据库模块用来把用户提供的已知事实以及推理中推出的新事实放入综合数据库中, 并分别形成“已知事实链表”和“结论事实链表”。综合数据库又称全局数据库, 或称事实库、黑板、上下文等。它主要用于存放问题求解过程中的各种当前信息, 例如问题的初始事实、原始证据、推理中得到的中间结论以及最终结论。当知识库中某一条产生式的前提可与综合数据库中的某些己知事实匹配时, 该产生式就被激活, 并把用它推出的结论放入综合数据库中, 作为其后推理的已知事实。
4. 推理机。
为了使计算机具有智能, 不仅要使它拥有知识而且必须使它具有思维能力, 即能运用知识进行推理来求解问题。从已知的事实出发, 通过运用己掌握的知识, 找出其中蕴含的事实, 或归纳出新的事实, 这一过程通常称为推理。严格地说, 所谓推理就是按某种策略由己知判断推出另一判断的思维过程。在专家系统中, 上述过程是由推理机来完成的。
5. 解释机构。
解释功能是专家系统区别于其它软件系统的重要特征之一。解释机构能以用户易于理解的方式, 对推理过程给出必要的解释, 回答用户“为什么”和“怎么做”等问题, 大大提高了用户对专家系统的信任程度, 增加了对求解复杂问题所得到的结论的可接受性。或者解释机通过对推理过程的回溯, 对输出结果做出合理的解释, 说明专家系统根据什么推理思路做出决策。
(四) 加工误差检测精度及误差分析
本文在设计过程中利用3DS MAX制作了本仪器的虚拟样机, 对设计方案的进一步改进起到了很大的作用。本仪器已经完成设计、加工和装配工作, 目前正在紧张的调试过程中, 就已测得的数据与曲线分析, 仪器的各项精度指标均已达到预定要求。
齿轮测量及误差原因分析的智能系统成功地实现了齿轮单项误差的自动化测量与误差原因的智能探寻一系列工作, 为齿轮误差测量与分析提供一种高效可靠的方法。研究过程中结合实际的个案实例对系统进行评价。
已知有一圆柱齿轮减速器中的低速级小齿轮, 齿轮为标准渐开线的直齿圆柱齿轮, 模数为4mm, 齿数为18, 齿形角为20°, 齿厚为30mm, 精度等级为8级, 单向运转, 一般工作环境, 工作载荷有轻微冲击。
经测试, 齿轮齿距偏差及齿距累积误差测量的结果如表1所示:
被测齿轮的测距偏差Δfpt为:|0.0121|=0.0121mm
被测齿轮的齿距累积误差ΔFP为:0.0166- (-0.0119) =0.0285mm
齿轮齿圈径向跳动误差测量的结果如表2所示:
被测齿轮的齿距累积误差ΔFP为:0.031- (-0.014) =0.045mm
(五) 结论
本文经过实地调研, 查阅资料和严谨构思之后, 提出了比较切实可行的齿轮测量及误差原因分析的智能系统设计方案。该方案最具创意之处在于它采用了双标准齿轮啮合的双面啮合原理, 在一次测量中可以同时使用四个传感器, 分别提取所需的误差数据, 再通过软件处理来得到检测结果。这种新颖的原理设计突破了传统的综合齿轮检测仪的检测原理, 设计了基于单面啮合和双面啮合齿轮误差测量技术, 齿轮误差是通过误差分离方法得到的, 这种分离误差的方法是检测原理创新的重要组成部分。同时, 采用专家系统对误差的分析, 使得测量的误差数据能够被实时分析, 提供解决误差消除方案。而专家系统为人类保存、使用、传播和评价知识提供了一条有效的途径。具有很强的实用性, 通过仔细的调研后建立的专家系统, 其自动处理和知识推理机制, 使其具有无比广阔的发展前景。
参考文献
[1]廖传静, 李杰.齿轮整体误差测量技术的应用[J].工具技术, 2007, 41 (10) :108-109.
[2]邵立东.渐开线圆柱齿轮鼓形齿齿向误差的评定方法分析[J].机械制造与自动化, 2007, 36 (4) :63-64.
[3]谢作品, 赵军, 翁慧娟.渐开线齿轮齿距自动测量模型研究[J].制造技术与机床, 2007, (6) :93-95.
齿轮失效分析与解决方法 篇11
关键词 失效；轮齿折断；齿面点蚀；齿面胶合；齿面磨损；齿面塑性变形
中图分类号 TH132.41 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)112-0148-01
齿轮是现代机械中应用最广泛的重要基础零件之一。齿轮类型很多，有直齿轮、斜齿轮、人字齿等，齿面硬度有软齿面和硬齿面，齿轮转速有高有低，传动装置有开式装置和闭式装置，载荷有轻重之分，因此影响因素很多，所以实际应用中会出现各种不同的失效形式。齿轮的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形五种。
1 轮齿折断
轮齿折断有多种形式，在正常情况下，有以下两种：
1）过载折断。因短时过载或冲击载荷而产生的折断。过载折断的断口一般都在齿根部位。断口比较平直，并且具有很粗糙的特征。
2）疲劳折断。齿轮在工作过程中，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断轮齿。齿面较小的直齿轮常发生全齿折断，齿面较大的直齿轮，因制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断；斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，除设计时满足强度条件外，还可采取下列措施：①采用高强度钢；②采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性；③增大齿根过度圆角半径，消除齿根加工刀痕，齿根处强化处理；④加大齿轮模数；⑤采用正变位齿轮。
为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算和静弯曲强度计算。
2 齿面磨损
齿面磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。
在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。当齿面间落入铁屑、砂粒、非金属物等磨粒性物质或粗糙齿面的摩擦时，都会发生磨粒磨损。齿面磨损后，引起齿廓变形，产生振动、冲击和噪声，磨损严重时，由于齿厚过薄而可能发生轮齿折断。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
新的齿轮副，由于加工后表面具有一定的粗糙度，受载时实际上只有部分峰顶接触。接触处压强很高，因而在开始运转期间，磨损速度和磨损量都较大，磨损到一定程度后，摩擦面渐渐光洁，压强减小、磨损速度缓和，这种磨损成为跑合。人们有意的使新齿轮副在轻载下进行跑合，为随后的正常磨损创造条件。但应注意，跑合结束后，必须清洗和更换润滑油。
提高抗磨粒磨损能力的措施：①改善密封条件（采用闭式传动代替开式传动或加防护装置）；②提高齿面硬度；③改善润滑条件、在润滑油中加入减摩添加剂、保持润滑油的清洁。
3 齿面点蚀
由于齿面接触应力是按脉动循环变化的（其工作表面上任一点产生的接触应力系由零增加到一最大值），应力经多次反复后，轮齿表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展扩大导致轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象就称为齿面疲劳点蚀。发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，传动的平稳性受影响并产生振动与噪声，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分，这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大，且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动的主要失效形式，在开式传动中，由于磨粒磨损比点蚀发展得快，因此不会出现点蚀。
提高齿轮的接触疲劳强度的措施：①提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；②合理选用润滑油粘度，采用黏度较高的润滑油（实践证明：润滑油黏度越低，越易渗入裂纹，点蚀扩展越快）；③减小动载荷；④采用正变位齿轮传动，增大综合曲率半径。
设计时为避免齿面点蚀，应进行齿面接触疲劳强度计算。
4 齿面胶合
胶合是比较严重的黏着磨损，一般发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，粘焊金属被撕脱后，齿面上沿滑动方向形成沟痕，这种现象称为胶合。胶合发生在高速重载齿轮传动中，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效， 致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互粘连在一起，造成热胶合；发生在重载低速齿轮传动中，不易形成油膜，或由于局部偏载使油膜破坏，会造成冷胶合。齿面一旦出现胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮的振动和噪声也增大，导致失效。
提高抗齿面胶合的方法有：①减小模数，降低齿高，降低滑动系数；②加入极压添加剂的润滑油；③采用齿廓修形，提高传动平稳性；采用抗胶合能力强的齿轮材料；④提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；⑤材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差。
5 齿面塑性变形
塑性变形属于轮齿永久变形，是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。当轮齿材料较软，载荷很大时，轮齿在啮合过程中，齿面油膜被破坏，摩擦力增大，而塑性流动方向和齿面所受摩擦力的方向一致，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。齿面塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载的传动中。常出现在低速重载、频繁启动和过载传动中。主动轮齿上所受摩擦力是背离节线分别朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处变成凹槽。从动轮齿上所受的摩擦力方向则相反，塑性变形后，齿面沿节线处形成凸脊。
减轻或防止齿面塑性变形的方法有：①适当提高齿面硬度；②采用粘度高的润滑油。
对各种齿轮的失效形式及原因的分析和讨论，对提高机械传动齿轮质量，延长机械设备的使用寿命有非常重要的现实意义。
参考文献
[1]邱宣怀,等.机械设计.高等教育出版社.
[2]吴克坚,于小红,钱瑞明.机械设计.高等教育出版社.
齿轮齿轮 篇12
齿轮作为汽车传动系统的核心零部件, 其技术的发展对汽车产业发挥这重要作用。汽车作为齿轮下游产业的重要领域, 其高速发展给齿轮产业带来了机遇和挑战。那么反过来, 齿轮产业的技术发展能为汽车工业的发展做出哪些贡献?从齿轮全产业的技术发展现状及趋势中, 我们或许能得到启发。
2014年6月28~29日, 由中国机械通用零部件工业协会齿轮分会 (CGMA) 主办, 北京工业大学、江阴市工具厂和江阴赛特精密工具有限公司协办的2014全国齿轮技术研讨会在江阴市盛大召开, 来自全国齿轮行业的资深专家、科研院所和高校的齿轮研究领域的代表共200余人参加了此次会议。本次会议以“技术创新与研发管理”为主题, 涵盖了“齿轮企业技术管理与研发体系报告”、“齿轮新技术新工艺新装备交流”和“ISO国际齿轮标准新动态介绍”三大选题, 20多个专题报告内容丰富精彩, 全面而深入地分析了齿轮产业的发展新动向, 为业内人士搭建了一个专业、强大的交流平台, 为推动齿轮行业的发展做出贡献, 也受到了与会者的广泛好评。
为期两天的会议分别由CGMA常务副秘书长石照耀教授、CGMA秘书长王长路和CGMA副秘书长邓效忠教授担任主持, 江阴市人民政府副市长张继文、江阴工具厂董事长沈云彪分别为大会致辞。
齿轮行业发展现状及趋势
中国机械通用零部件工业协会常务副会长王长明从宏观上对中国齿轮行业形势与未来发展做了分析报告。王长明指出, 齿轮是装备制造业中不可或缺的重要基础件, 在机械基础件中产业规模第一。“十一五”以来, 齿轮行业得到了快速发展, 全行业销售收入从“十一五”初的680亿元, 到现在的2 080亿元, 且发展势头良好。近两年, 在整个机械零部件行业发展遇到困难、发展速度大幅下降的情况下, 齿轮行业仍然保持着较为稳健的发展速度。2014年一季度齿轮行业的销售收入450亿元, 同比增长8%, 而同期整个通用零部件行业增长幅度为4.5%。尤其是在出口方面, 据海关统计, 2014年一季度, 齿轮出口额为13.6亿美元, 同比增长18%, 成为全行业出口中的突出亮点。其次, 我国齿轮行业在齿轮箱的设计及制造工艺方面也取得了长足的进展。其中, 在重载车辆齿轮方面, 以法士特为代表的大型骨干企业开发成功的变速器、缓速器等产品已达到国际先进水平;在乘用车变速器方面, 以上海汽车变速箱公司为代表的一批企业已开发出了各类自动变速器产品。但是也要看到, 我国齿轮行业与整个机械基础件行业一样, 也存在着大而不强、中低端过剩高端不足的突出问题。一是国家战略性新兴产业所需要配套的高端齿轮产品大都依赖进口。如高速客运列车所用齿轮箱全部依赖进口, 轿车自动变速器主要依靠进口, 2014年一季度轿车自动变速器进口额为18亿美元, 占齿轮产品总进口额的52%。二是我国高端齿轮加工装备和测量仪器大都依赖进口。三是技术人员和技术工人的知识业务水平还有待提高。对此, 从“十二五”以来, 政府在行业协会的积极参与下, 从规划、产业政策、资金支持三方面大力支持基础零部件的转型升级。
中国机械通用零部件工业协会常务副会长王长明做行业报告
CGMA秘书长王长路从机械工业及齿轮下游产业情况、齿轮产业发展现状、齿轮关键设计制造技术、齿轮测量技术与装备和齿轮技术与装备发展趋势5个方面对齿轮产业技术发展现状及趋势做了具体阐述。他指出, 国内制造业未来经济增长呈现平稳态势, 汽车作为齿轮下游产业的重要领域, 汽车产业的高速发展给齿轮产业的发展带来机遇。2013年全国汽车产销2 211.68万辆和2 198.41万辆, 比2012年分别增长14.8%和13.9%, 预计2014年市场需求2 374~2 418万辆, 增长率为8%~10%。此外, 工程机械、风电核电、轨道交通和机器人等齿轮下游产业的不断增长也为齿轮行业的利好发展提供了良好基础。但目前齿轮产业技术发展存在一些不容忽视的问题, 主要包括基础研究和基础数据匮乏, 缺乏技术创新和试验测试服务平台, 齿轮热处理工艺水平不高, 加工检测装备和刀具与发达国家差距明显, 产品生产效率低、质量稳定性差, 这些阻碍了齿轮行业的进一步发展。
王长路最后总结了齿轮技术与装备发展趋势。齿坯近净成形技术、干切及超硬加工技术、微型齿轮制造技术、热处理畸变控制技术和齿轮轮齿精密修形技术是齿轮制造技术的5大发展趋势。齿轮制造装备5大发展趋势有:1) 直驱技术应用速度加快;2) 机床高速化、加工高效化;3) 机床自动化、智能化;4) 机床复合化、生产线化;5) 绿色环保化, 如高速干切机床、低温冷风机床等环保型机床是未来的一个趋势。
贯彻齿轮国际标准加速参与国际竞争
在齿轮精度国际标准方面, CGMA常务副秘书长石照耀教授对ISO 1328-1∶2013齿轮精度国际新标准进行了解读。CGMA名誉会长王声堂对提升齿轮产品可靠性水平提出了宝贵建议。王声堂指出, 贯彻ISO 2013齿轮精度新标准, 将推动我国齿轮产品加速参与国际市场竞争。石照耀教授作为CGMA与全国齿标委的代表参加ISO TC 60的五年工作, 对中国齿轮行业具有重要意义, 不仅标志着中国齿轮已成为国际齿轮标准化组织的核心成员, 而且标志着中国齿轮标准经过几十年的发展, 将与世界齿轮强国同步前行。关于提升齿轮产品可靠性水平, 一是建议借鉴美国《抗疲劳表面完整性指南》的经验;二是总结各类齿轮牵头企业抗疲劳可靠性制造经验, 比如, 双环全称对标、两化融合的质量控制技术, 以及高端配套经验, 法士特齿轮的创新设计、轻量化、24h售后服务以及再制造、制造链质量控制等;三是建议起草《中国齿轮抗疲劳可靠性指南》, 集中行业骨干牵头企业联合, 从而推动中国齿轮产品可靠性水平。
齿轮新技术、新工艺和新装备
在齿轮新技术、新工艺、新装备方面, 可谓是刮起了一场“齿轮技术风暴”。中国科学院院士王立鼎先生做了“高精度谐波传动刚轮、柔轮磨齿与测量”的特邀报告, 资深齿轮专家欧阳志喜先生和俞仁楠先生分别做了“铲磨用金刚石磨轮修形工艺”、“中、小模数齿轮滚刀的现状分析”的专题报告。来自齿轮行业及机床、刀具、测量的知名厂商代表纷纷介绍了齿轮制造解决方案。其中, 克林贝格介绍了汽车行业的弧齿锥齿轮干切加工技术及其自动化生产, 由于干式切削具有切削时间短、刀具寿命长、齿轮加工质量高 (3~4级) 和生产成本低的优势, 齿轮干切技术被广泛关注。以应用于卡车领域的克林贝格奥利康C 50立式切齿机为例, 俱佳的切屑流动是它不同于其他产品的巨大优势, 再加上立式设计、直接驱动技术、一体化倒角工艺及集成自动上下料系统的应用等, 满足了客户的高性能加工需求。安默琳节能环保技术有限公司介绍的齿轮绿色切削技术解决了齿轮车间制造现场工作环境恶劣、用油浪费等一系列难题。以重庆秋田齿轮有限公司的汽车齿轮加工为例, 通过试验跟踪, 采用复合喷雾滚齿方案后, 齿轮加工用油量显著下降, 工作环境明显改善, 刀具寿命得到提高, 产品加工质量得到提升。海克斯康介绍了现代测量技术在齿轮行业中的应用, 宽广的计量产品线为齿轮用户, 尤其是汽车行业用户提供了各种量身定做的测量解决方案。
格特拉克 (江西) 传动有限公司常务副总裁裴质明
此外, 会议还邀请了格特拉克 (江西) 传动有限公司的常务副总裁裴质明做了在华外资齿轮企业技术管理与研发体系方面的交流, 裴总向大家分享了格特拉克的变速器产品开发系统及流程, 以及最新的齿轮制造技术。格特拉克核心工程11大功能块的建设是产品开发的重要保证, 公司系统的产品开发机构和严格的质量管理体系对国内齿轮企业, 特别是自主品牌的产品研发体系的建立与完善具有重要的借鉴作用。
结语