浅谈齿轮强度设计几个问题的探讨论文
0 引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一。公元前300 多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。17 世纪末到18 世纪初，人们开始对齿轮的强度问题进行研究。欧洲工业革命以后，齿轮技术得到高速发展，齿轮传动在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮设计成为机械设计中重要的设计内容之一。目前国际上比较常见的有关齿轮强度设计公式，除了我国的国家标准( GB) 有关齿轮强度的计算方法以外主要有: 国际标准化组织( ISO) 计算方法; 美国齿轮制造商协会( AGMA) 标准计算方法;德国工业标准( DIN) 计算方法; 日本齿轮工业会( JGMA)计算方法; 英国BS 计算方法等。作者在从事机械设计特别对齿轮设计的教学中，发现不少地方的知识点描述比较简单，不容易理解，为此，在文中对齿轮设计的几个问题如齿轮的失效方式、齿轮强度设计的历史、现状进行了深入分析，探讨我国齿轮强度设计的历史来源以及在齿轮设计中的一些困惑。通过深入的分析，有助于大家更好地理解齿轮设计公式的意义和来龙去脉。
1 齿轮失效方式的探讨
齿轮在传动过程中会出现各种形式的失效，甚至丧失传动能力。齿轮传动的失效方式与齿轮的材料、热处理方式、润滑条件、载荷大小、载荷变化规律以及转动速度等有关。人们对齿轮失效的认识是一个发展的过程。18 世纪中叶人们就开始对齿轮的失效进行研究。对齿轮摩擦磨损、点蚀形成和齿面胶合有了初步的认识。1928 年，白金汉发表了有关齿轮磨损的论文，并将齿面失效分为点蚀、磨粒磨损、胶合、剥落、擦伤和咬死等6 种失效形式。1939 年，Rideout 将齿轮损伤分为正常磨损、点蚀、剥落、胶合、擦伤、切伤、滚轧和锤击等8 种形式。1953 年Borsoff 和Sorem 将齿轮损伤分为6 类。1967 年尼曼根据大量试验，对渐开线齿轮的4 种失效形式画出了承载能力的限制关系图，并指出当齿轮转速较低时，影响软齿面齿轮承载能力的主要因素是点蚀，影响硬齿面齿轮承载能力的是断齿; 而对于高速重载传动齿轮，影响因素往往是胶合。自上世纪50 年代以来，一些国家以标准的形式对齿轮损伤形式进行分类，对名词术语、表现特征、引发原因等都有规定。如1951 年美国将齿轮损伤分为两大类，一类是齿面损坏，包括磨损、塑性变形、胶合、表面疲劳等，另一类是轮齿的折断。前一大类齿面损坏是齿轮作为高副由于摩擦学原因而引起的表面损伤; 后一大类轮齿的折断是轮齿作为受力构件由于体积强度不够而发生的破坏。1968 年奥地利国家标准规定了齿轮损伤的名词术语。
1983 年，我国颁布了齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因国家标准( GB /T3481 - 83) ，将齿轮损伤形式分为5 大类，即磨损、齿面疲劳( 包括点蚀和剥落) 、塑性变形、轮齿折断和其他损伤，共26 种失效形式。1997 年，我国颁布了对GB/T3481 - 1983 修订的GB/T3481 -1997 国家标准。目前我国在大多数的机械设计教材和机械设计手册中齿轮失效方式都进行了简化，一般分为5 大类，即轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形。
2 齿轮强度设计的探讨
2. 1 轮齿弯曲强度计算
1785 年，英国瓦特提出了齿根弯曲强度的计算方法，把轮齿看成为矩形截面的板状悬臂梁，随后出现多种弯曲强度计算公式。1893年，路易斯发表了轮齿弯曲强度计算式，而且用内切抛物线法找齿轮的危险截面，这一方法称为“抛物线法”[12]，如图1 所示。路易斯以载荷作用于齿顶推导出齿根弯曲应力公式，但是对于重合度大于1 小于2 的齿轮传动，理论上只有当单对齿啮合时，载荷才全部由一个齿承受。对于重合度大于2 小于3 的足够精密的齿轮，因为同时有2 对以上的齿轮在啮合，其最大弯曲应力的作用点要低。
在此之后，又出现30°切线法、尼曼法、白金汉法等。1980 年， ISO 提出“渐开线圆柱齿轮承载能力的基本原理”( ISO 6336 - 1980) ，公布了轮齿弯曲强度、齿面接触强度的计算方法。
过去，我国的齿轮强度计算方法一直比较混乱，没有统一的标准，对生产、科研以及教学带来诸多问题。于是， 1981 年我国成立了“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”国家标准课题组，以ISO6336—1980为根据，开展全面的研究工作。1983 年颁布了渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法的国家标准( GB /T3480—1983) 。
目前，我国有关齿轮弯曲强度的设计公式基本上采用30° 切线法，即作与轮齿对称中心线成30°夹角并与齿根圆角相切的斜线，两切点的连线是齿根危险截面位置。而且以单对齿啮合区的最高点作为最不利载荷作用点，这时产生的弯曲应力最大，如图2 所示。另外，弯曲疲劳强度计算公式中，齿形系数在许多机械设计中只是说明与齿数有关，与模数无关，并未做详细说明，不容易理解。下面对相关问题进行详细分析。如图2 所示，齿根弯曲应力为σF =MW= FnhFcosαFbS2F /6 = 6KFthFcosαFbS2Fcosα= KFtbm6( hFm) cosαF( SFm)2cosα( 1)式中，αF为齿顶圆压力角。令式( 1) 中的YF =6( hFm) cos αF( SFm)2cos α式中，YF称为齿形系数，由路易斯在其轮齿弯曲强度计算式中首次引用。可以看出，YF是与齿轮形状的几何参数有关的一个系数。因为，根据齿轮形成原理，齿数的变化将引起轮齿上hF、SF、aF等参数的变化，由于hF、SF、aF均与齿轮模数成正比，致使齿形系数中的模数可以约去。因此，齿形系数不受模数的影响，而只与齿数有关，齿数越多YF越小，反之YF越大。这就是在机械设计的教材中经常会看到“标准齿轮的齿形系数只与齿数有关而与模数无关”的原因。
2. 2 齿轮压应力对弯曲应力的影响
根据30°切线法及齿轮受力分析。将法向力Fn移至轮齿中线并分解成相互垂直的两个分力，即圆周力Ft和径向力Fr。根据力学理论，Ft使齿根产生弯曲应力为σF，Fr则产生压应力σy。因此齿根危险截面上受到的应力为弯曲和压缩组成的组合应力，并导致齿根两边的应力大小不相等。然而，在相关的机械设计资料中都没有将由于径向力产生的压应力计算在齿轮的弯曲强度计算公式中，而且在大多数的相关教材中都认为: 压应力相对于齿根最大弯曲应力比较小，可以忽略不计。但是压应力到底多少，为什么可以忽略不计，很少有人进行计算，下面对压应力与弯曲应力进行探讨。如图2 中，Ft产生其弯曲应力σF如式( 1) 所示。由Fr产生压应力σy为σy = Fnsin αFbSF( 2)由式( 1) 及式( 2) 可得σyσF= SF6hFtan αF设OD = h'，则SF = 2h' tan30°，因此σyσF= tan 30tan αF3h'hF假设标准齿轮模数为m，齿数z。则齿顶圆压力角为cos αF = rbra= zz + 2cos α，由于h'hF< 1，因此，当不考虑h'hF的影响时，σyσF的大小取决于齿轮的齿数。为了便于讨论，取ξ = σyσF称为压应力对弯曲应力的影响系数。则根据计算可以得到ξ 与齿数的对应关系，如图3 所示。可见，压应力对弯曲应力的影响与齿数有关，而模数无关，而且随着齿数的变化而变化，齿数越少其影响越大，反之影响就越小，最终趋于一水平线。最小约为最大弯曲应力的8%，特别当h'hF< 1 时，压应力更小，可以忽略不计。这就是为了简化计算，在计算轮齿弯曲强度时一般只考虑弯曲应力的原因。从图2 可知，弯曲应力分为拉伸侧的拉应力和压缩侧的压应力。实际证明，拉伸侧是危险侧，因拉伸侧的`裂纹扩展速度较大。压缩侧有时虽裂纹出现较早，但发展速度较慢。所以大多数的公式以拉伸侧的应力作为设计时的计算应力。而且根据齿轮弯曲疲劳实验分析证明，考虑弯曲应力、压应力与只考虑弯曲应力的结果，实际上没有多大差别。因此，在齿轮弯曲疲劳强度计算中只考虑弯曲应力。
2. 3 齿面接触疲劳强度计算
图4 赫兹接触应力模型齿面接触疲劳强度计算是针对齿轮齿面疲劳点蚀失效进行计算的强度计算。1881 年，赫兹提出两个圆柱体接触时接触面上载荷分布公式，该式作为齿面强度计算的理论基础，如图4 所示。根据赫兹接触应力理论，在载荷作用下接触区产生的最大接触应力为σH = Fnπb·1ρ1± 1ρ21 - μ21E1+ 1 - μ22槡 E2( 3)式中，Fn为作用在圆柱体上的载荷; b 为接触长度;μ1、μ2分别为两圆柱体材料的泊松比; E1、E2为两圆柱体材料的弹性模量。ρ1、ρ2为两圆柱体接触处的半径，式中“+”号用于外接触，“-”号用于内接触。1898 年，拉塞根据法向力应用“压强”原理研究齿面的接触疲劳强度问题。1908 年，奥地利的维德基将赫兹的两个圆柱体的接触应力理论应用于计算轮齿齿面应力，并绘出了沿啮合线最大接触应力变化图。1932 年，英国BS 根据实验数据提出基础表面应力作为齿面强度计算方法。1940 年，美国AGMA 采用齿面强度最重负荷点的接触应力最大值计算方法。
1949 年，白金汉提出节圆上齿面接触应力不超过许用值的计算方法，后来该方法被许多计算方法所采用。1954 年，尼曼采用最大负荷点上滚动压力。至今，我国皆以赫兹公式作为计算齿面接触疲劳强度的理论基础，即以赫兹应力作为点蚀的判断指标。通常令1ρΣ= 1ρ1± 1ρ2，ρΣ称为综合曲率，对于标准齿轮，1ρΣ= 2d1 sin αi ± 1i 。并令式( 3 ) 中的ZE =1π 1 - μ21E1+ 1 - μ22E 槡为弹性影响系数。从而，获得渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳强度的基本公式为σH = ZEZH2KT1bd21i ± 1槡 i #[ σ ] H( 4) 式中，ZH = 2槡sin αcos α，称为区域系数，对于压力角α= 20°的标准齿轮，ZH≈2. 5。在机械设计手册或机械设计教材中，有关齿轮接触疲劳强度公式有很多版本，其中最常见的是将一对钢制标准齿轮齿面接触强度校核公式进行简化，取钢制齿轮的E1 = E2 =2. 06 ×105MPa，μ1 =μ2 =0. 3，便获得机械设计中常用的校核公式。σH = 671 KT1bd21i ± 1槡 i ≤[ σ ] H( 5)
2. 4 齿面胶合强度计算
齿轮另外一个常见的失效是齿面胶合。有关齿轮胶合比较统一的说法是: 相互啮合的两金属齿面，在一定的压力下直接接触发生黏着，同时又随着齿面运动而使金属从齿面上撕落而引起的黏着磨损现象。胶合分为冷胶合和热胶合。对于高速重载的齿轮传动，齿面瞬时温度较高，相对滑动速度较大，则容易发生热胶合。对于低速重载的重型齿轮传动，由于齿面间压力过大，导致齿面油膜被破坏，尽管齿面温度不高，但也容易产生胶合，称为冷胶合。
对于齿轮齿面胶合强度计算的研究，目前主要基于两种理论，一是基于Pv 值( 压力与速度的乘积) 或PTv ( T 为啮合点到节点的距离) 值作为计算胶合的指标。另一种是以齿面温度作为判定胶合的准则的布洛克算法。1975 年，温特提出积分温度法。现在ISO 的标准中主要以这两种方法为主。2003年，我国颁布“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”国家标准( GB - Z 6413. 1 - 2003和GB - Z 6413. 2 - 2003)。该标准等同采用了ISO/TR 13989 - 2000“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”。曾经有人试图以按弹性流体动力润滑理论计算齿面间的油膜厚度作为胶合的评判依据。
我国多数的机械设计教材中齿轮强度设计一般只提供齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两种计算方法，并未提供有关齿面胶合的强度计算公式。
3 结束语
文中分别对机械设计教学中有关齿轮的强度设计问题进行了分析和探讨，详细解读我国齿轮强度设计的历史沿革及现状，以及齿轮强度设计计算过程中让人困惑的问题及解决方法。研究指出，在齿轮弯曲疲劳强度的计算中，压应力对弯曲应力的影响是有限的，一般可忽略不计，只有当需要精确计算时，应当考虑其影响。论文的研究可以帮助齿轮设计人员和学生更好地理解齿轮设计中的相关内容，为将来从事机械设计工作打下良好的基础。
齿轮是机械链传动中的重要组成。锥齿轮传动常用于传递两相交轴间的运动和动力。根据轮齿方向和分度圆母线方向的相互关系，可分为直齿、斜齿和曲线齿锥齿轮传动。直齿锥型伞齿轮，广泛为汽车、摩托车、拖拉机、矿山机械、印刷机械、工程机械等行业使用。近两年汽车工业迅猛发展,汽车制造业和零部件生产企业在汽车工业迅猛发展的带动下，进入了前所未有的发展时期，直齿锥形伞齿轮市场潜力巨大。由于锥齿轮加工较为困难，不易获得高的精度，因此在传动中会产生较大的振动和噪声。“齿轮一小步，中国一大步。”我国重大装备的动力装置制造技术一直受制于人的根本原因之一就在于齿轮制造工艺落后。大规格、高精度锥齿轮主要应用于大型船舶、机车、矿山冶金、能源开采和国防军工装备，是先进动力装置核心部件，长期以来，其加工技术和加工装备一直为西方发达国家垄断。此前我国每年高精度大规格齿轮进口需花费2-3亿美元，单价超过30万元，价格昂贵，且供货周期长，制约了我国装备制造业的发展。目前加工直齿锥齿轮主要有以下几种方式：直齿锥齿轮刨齿机；双刀盘直齿锥齿轮铣齿机；直齿锥齿轮拉铣机；一般要求的直齿锥齿轮也可以用普通铣床配合分度头按展成法加工。直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、精加工直齿锥齿轮的机床。双刀盘直齿锥齿轮铣齿机使用两把刀齿交错的铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿面。由于铣刀盘与工件无齿长方向的相对运动，铣出的齿槽底部呈圆弧形，切加工模数和齿宽均受到限制。直齿锥齿轮拉铣机是在一把大直径的拉铣刀盘的一转中，从实体轮坯上用成形法切出一个齿槽的机床。由于刀具复杂，价格昂贵，而且每种工件都需要专用刀盘，只适用于大批大量生产。准渐开线齿锥齿轮铣齿机用锥度滚刀，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，锥度滚刀首先以大端切削，然后以它较小直径的一端切削，为保证整个切削过程中切削速度一致，机床靠无级变速装置控制滚刀转速，在切齿时，摇台、滚刀和工件均作连续旋转运动，加工一个工件，摇台往复一次。摇台和工件的旋转通过差动机构产生展成运动，使工件获得沿齿长为等高的齿形曲线。以上为用机械刀具逐层去处材料达到精度要求的加工方法。因用刀具切削，加工时材料硬度不宜过大即不能加工淬硬材料；难切削材料（如不锈钢、钛合金等）也是目前生产中的难题。并且由于存在机械震动，一次加工直齿锥齿轮精度较难提高。精密直齿齿轮锥齿轮还需要粗加工后淬火再经磨齿。大型刨齿机较难制造，目前还需依赖进口。直齿锥齿轮刨齿机精度参数主要参数内容 国际先进 国内先进 国内一般 国内落后 评定方法及说明（一）加工精度 参照JB4176-861、精度 6级 6级 7级 8级2、表面粗糙度Ra（μm） 1.6 1.6 3.2 ＞3.2（二）数控系统 有 无 无 无（三）噪声dB（A） ≤80 80~83 83~85 ＞85介绍一种用电火花线切割加工直齿锥齿轮的专利技术和机床（发明专利号：200810123589.9）数控电火花线切割加工直齿锥齿轮方法：电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电产生瞬间高温使工件材料局部熔化或汽化蚀除金属、切割成型。它是一种非接触、宏观加工力很小的加工方式。线切割加工它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：一类是高速走丝电火花线切割机床（HS-WEDM），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～12m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和换向时产生条纹，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式。目前在快走丝机床基础上，采用多次切割技术和配合变频器在相应电加工参数时改变走丝速度，有效提高高速走丝电火花线切割机床的加工表面质量和加工精度成为一种新型的中走丝机床，其加工精度可达0.006mm，表面质量可达Ra1.0μm。另一类是低速走丝电火花线切割机床（LS-WEDM），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小，加工表面质量可达Ra0.2μm，加工精度可达0.002mm。电极丝运动轨迹的控制由数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，目前电火花线切割机床普遍采用数控化。下面介绍用电火花线切割加工直齿锥齿轮机床的基本结构和机床参数首先将机械加工齿轮毛坯安装在数控转台回转中心。倾斜调整回转中心轴（大型机床调整丝线），使丝线与数控转台轴线夹角为直齿锥齿轮锥度角。调整丝线位置，使丝线（钼丝或铜丝）一端以直齿锥齿轮的顶尖为定点（即锥齿轮回转球心），另一端以直齿锥齿轮齿面大端上基圆为进给基点，这时丝线在两水咀间跨度为直齿锥齿轮回转球心半径，启动伺服电机将回转台和丝线进给丝杠锁定。启动数控系统，使数控转台转动角度与直齿锥齿轮齿面大端丝线进退，按直齿锥齿轮设计当量模数编制程序执行旋转与进退联动。当电极丝处在齿顶时，数控转台转动，电极丝线不动，这是加工出的轨迹是直齿锥齿轮的齿顶；转过齿顶圆心角后，大端处电极丝线随工件转动进行相应进给即加工齿型部分，当到达齿根时电极丝线停止进给，工件继续转动，此时加工的是齿根部分；当转过齿根圆心角时电极丝线回退加工同齿的另半个齿型，到达齿顶时完成一个齿的加工。下面依次加工出全部齿。在数控系统的控制下电极丝线按大端当量齿轮的标准渐开线生成齿型。丝线经高频放电产生电火花蚀除工件生成缝隙，加工出标准直齿锥齿轮。当丝线与数控转台中心线平行即夹角为零度时，电极丝线沿齿轮中心方向平行进退，数控合成加工出的齿轮为标准直齿轮。本机床均可精密加工回转类零件的齿部，如：精密分度齿盘、高速钢圆锯片的齿部等盘类零件的齿部加工。该机床控制部分由电脑编程软件完成绘图并生成程序代码指令，由驱动模块、高频功放和丝线控制系统组成一体化。机床由数控可倾斜精密回转台、收放丝机构、丝架进给和升降工作台、切割液供给回收过滤系统几部分组成。工作台上安装精密光栅尺，丝线定位和行程数据直观显示。上、下丝架安装在直线导轨上由电机带动升降并由光栅尺显示两丝架间距离，便于调整两水咀间跨度。快(中)走丝机床主要型号和参数型 号 最大加工直径 加工工件模数范围 最大加工模数 最大工件锥距 工件齿数范围 最佳加工精度 最佳表面粗糙度 最大加工效率 主机外型尺寸 净重YDK7760 600mm 不限 不限 305mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 1.4×1.8×1.8m 4TYDK77120 1200mm 不限 不限 605mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 2.4×2.6×2.4m 5．5TYDK77200 2000mm 不限 不限 800mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 3.6×2.6×2.6m 8TYDK77300 3000mm 不限 不限 800mm 不限 4级 1.0μm 180mm2/min 5×3.6×2.6m 9TYDK77500 5000mm 不限 不限 800mm 不限 4级 2.5μm 180mm2/min 6..5×6×4m 12T慢走丝机床主要型号和参数型 号 最大加工直径 加工工件模数范围 最大加工模数 最大工件锥距 工件齿数范围 最佳加工精度 最佳表面粗糙度 最大加工效率 主机外型尺寸 净重YDK7660 600mm 不限 不限 200mm 不限 4级 0.2μm 300mm2/min 1.4×1.8×1.8m 4TYDK76120 1200mm 不限 不限 200mm 不限 4级 0.2μm 300mm2/min 2.4×2.6×2.4m 5．5T采用电火花线切割加工直齿锥齿轮的方法由于没有宏观切削力，与现有机械刀具切削相比，具有以下优势：1、加工时工件无受力变形，在数控指令控制下，加工精度高，齿部为标准渐开线或函数曲线，表面粗糙度好，可微观进给（1μm）并可多次切割。加工精度可达2μm，表面粗糙度最佳可达0.5μm。精密机床可采用慢走丝结构；较高加工要求零件采用中走丝或快走丝结构。2、针对高强度、高韧性、高硬度等机械方式难加工材料，电火花线切割加工（WEDM）尤显其强大优势。传统机械加工金属齿轮为了达到高精度，高寿命的要求，需先初加工出齿廓留有一定余量，经淬火再磨削方能满足要求。电火花线切割加工（WEDM）可直接加工淬火材料。遇到“不锈钢”、“钛合金”、硬质合金钢等锥齿轮，传统加工方式难度非常大。被授予21世纪金属的“钛合金”它以密度小、比强度高、耐高温、抗氧化能力强，分子结构稳定等优势在航空、航天领域应用越来越多。各种内燃机车镍钒钛合金传动系齿轮、军队各种火炮系统定位传动齿轮、航天飞行器控制传动系统齿轮都需要钛合金制造，而加工钛合金采用电火花线切割加工（WEDM）是比较理想的手段。3、便于制造高精度和超大行程机床，满足特殊零件高精度等级加工要求。目前国内大型直齿锥齿轮加工设备尚依赖进口。采用电火花线切割加工（WEDM）技术由于没有机械震动，高精度数控系统，数控回转台与丝架进给数控合成，使加工轨迹与理论曲线一致，能加工出高精度零件。目前国内机加工直径＞800mm的直齿锥齿轮刨齿机，其较先进的最高达6级精度，表面粗糙度Ra（3.2μm）,一般大多在8级精度、表面粗糙度Ra（6.3μm）。采用电火花线切割数控加工（WEDM）理论上精度可超过4级（该项指标目前国家最高标准为4级）。4、机械加工不同模数齿轮需用相应模数刀具，刀具复杂，价格昂贵，刀具使用中磨损严重影响加工效果。电火花线切割加工（WEDM）工具电极简单（铜丝或钼丝），加工不同模数齿轮同一规格丝线即可完成。5、低能耗、无污染。一台小型刨齿机或铣床功率一般在3～7.5个千瓦,大型机床为几十个千瓦。而电火花线切割加工（WEDM）机床使用功率一般不超过2kw；工作液为去离子水或水基工作液，无污染，经沉淀可自然排放。振兴中国装备制造业，将国家需求作为创新导向，把研制国家急需的精密齿轮和大型锥齿轮加工机床作为今后的主攻方向，通过科技进步、自主创新，建设世界一流的大型锥齿轮机床研制基地。总之该项技术的推广使用将会使精密直齿锥齿轮制造简化工序，易于生产，大幅度提高直齿锥齿轮的制造精度，特别是在大型高精密机床的国产化上改变国外垄断，为中国真正成为制造业强国打下坚实基础，具有广阔的市场前景，必将带来强大的社会效益和经济效益。
这个都不愿意完成.真不知道你上学做什么的
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在技术行业中，钳工技术是一种传统的以手工操作为主的技术。我整理了钳工技术论文，欢迎阅读!钳工技术论文篇一：《试论装配钳工的技术要点》 摘 要：钳工是一种传统的以手工操作为主的工种，到目前为止已有2000多年的发展历史。近年来，随着科学技术的不断发展进步，许多钳工工艺已经实现了机械化操作，但是装配钳工的加工操作仍然占据着不可替代的作用，是机械制造中不可缺少的工种。该文简单介绍了装配钳工的基本技术要点。 关键词：装配 钳工 技术要点 与机械加工相比，钳工操作工作强度大、化工精度低、效率低下，尽管如此，机械加工中许多机械难以完成的加工工序都要靠钳工来完成，对于一些特殊的零件制造来说，钳工是必不可少的，尤其是装配钳工，对产品的质量和性能产生极大影响。所以我们要掌握装配钳工的技术要点，生产过程中严格遵循工艺规程进行操作，确保产品品质。 1 装配钳工的基本技能 1.1 划线 依照图纸和实际的加工需求在毛坯或者半成品上通过划线工具划出相应的点、线、面等，作为加工基准界限。划线操作必须保证所划线条或者所划点、面的清晰度，尺寸定位精确，以保证加工精度，通常划线精度要求在0.25～0.5 ram之间。通过划线能够更加直观地确定工件的加工余量，加工尺寸界限一目了然，同时还可以及时发现和处理存在的不合格工件。划针、划规、钢直尺、划线盘等是划线操作常用的工具。划线工具的使用过程中，为避免工具划伤或损坏，保证划线精度，尽量使划线工具与毛坯间保持一定距离。此外，还要注重划线工具的保养和维护工作，出现生锈、脏污现象及时处理。 1.2 锉削 锉削的使用范围比较广，不仅能够对平面、曲面进行锉削处理，还可以锉削沟槽等形状不一的复杂内外表面，锉削精度可达0.01 mm。锉削时，操作手法十分重要，一般是由右手握住手柄，掌心由柄端部分撑住，大拇指按住柄的上端，其余四指握紧手柄。左手中指和无名指将锉刀前端部分捏住，用拇指按住锉刀的刀头，食指和小指自然回拢。操作时，注意重心的控制，站立自然，使锉刀处于水平直线运动状态，同时注意力度大小的控制，锉削频率通常在40次min左右。 1.3 锯削 顾名思义，锯削就是采用锯对工件进行锯削的过程。操作时右手握住锯弓的手柄，用拇指压住食指，左手注意力度大小的把握，控制锯弓的方向;左手的拇指压在弓背上，其余手指扶住锯弓的前端部位。在锯条的推进过程中，左手保持上翘状态，右手用力下压，在回程时，右手抬起，左手随着锯弓做跟回操作。锯削频率与锉削频率基本相同，每分钟锯削40次左右。值得注意的是，锯削时控制好用力的大小，以免用力过大折断锯条，使人体受到伤害;目光与锯条的垂直方向重合，确保直线加工锯削;安装锯条时，避免用力过紧，折断锯条。 1.4 钻孔 为了确保钻孔的精度，在钻孔前在目标位置划好十字中心线，以确定出具体的孔位，同时打好中心样冲眼，与十字中心线重合，若出现偏移现象，要及时矫正处理，钻孔时，冲眼的加工尺寸尽量要小。在加工直径较小或者深度较大的孔时，尽量减小钻头的进给量，同时不断进行退钻排削，以免碎削堵孔损坏钻头。在钻孔即将穿透时，减小钻头的进给力度，降低切削抗力，防止钻头折断导致安全事故的发生。此外，要加强钻头的散热 措施 ，钻孔时加入适量的切削液，尽量减小钻头所受的摩擦力，这样不仅有助于钻头寿命的延长，还可以改善孔的表面质量。钻孔时，有以下注意事项：首先，钻孔过程不可佩戴手套，容易引发安全事故;第二，钻孔时不可进行检测工作，必要时先停车，再检测;第三，为了防止平口钳对人身造成伤害，要将其手柄端置于钻床工作台的左侧;第四，钻较大的孔时，先采用小钻头开钻，然后通过大钻将孔扩大。 1.5 攻螺纹 通过丝锥在工件孔内部加工出内螺纹的过程就叫做攻螺纹，例如：所要加工的为4×M10的螺纹。开始采用直径为18 mm的点钻对其进行加工，加工出C1.5孔口倒角，之后开钻底孔，最后一步是攻丝4×M10。操作时的注意事项有：第一，在完成底孔孔口的倒角工作后方可进行攻螺纹操作;第二，确保工件的装夹处于水平放置状态;第三，在丝锥切入的过程中随时检查并矫正丝锥的垂直位置，确保加工精度;第四，在丝锥攻孔出现障碍时，及时退出丝锥，将孔内的铁削清理干净，防止丝锥受损或者加工深度不符合要求。 2 装配常用量具 游标量具和百分表是装配中主要的两种量具，作为装配过程中不可缺少的量具，游标卡尺不仅能够测量工件的长度、厚度等参数，还可测量孔的内外径、孔深、中心距等。使用游标卡尺时，先观察标尺零刻线附近的整数，找出从零刻线开始与尺身某一刻线重合的刻线，精度值与这一刻线数值的乘积为1 ram的小数部分，再将读出的整数与小数加起来，所得的结果即为最终测量值。在使用游标卡尺进行测量时，首先将工件的毛刺去除，避免刮伤卡尺。 3 装配图 装配图是机械制造过程中的重要参考依据，是装配钳工不可缺少的参考工具。通过装配图可以充分反映出设计者的设计意图和机械部件的工作原理。设计者将各个零件间的装配关系和具体的结构以及零件的结构等实际情况通过装配图显示出来，装配图为装配、检验和安装过程提供可靠的尺寸和技术指标。因此我们要在充分了解图样中零件尺寸、性能的前提下，再进行安装。 装配图的步骤为：首先，观察标题栏内容，对零件功能、名称、材料、数量等有一个初步的了解，遇到陌生或者复杂的装配图，查阅相关技术资料和技术 说明书 等，掌握该零件的具体功用和结构特点。第二，观察研究视图，通过主视图、俯视图、左视图等掌握装配图的表达目的，理清各个视图间的关系。第三，进一步研究视图，头脑中构想出结构和形状。第四，明确装配图的尺寸要求，研究分析各个尺寸要求，在满足设计工艺要求的前提下，确定尺寸基准和尺寸种类标注的具体形式，确保装配过程的合理性。最后，根据技术要求，对全图进行综合全面的分析和掌握。 4 滚动轴承轴向间隙调整 首先，通过向心轴承在轴的两侧留出一定的空隙(通常在0.2～0.4 mm左右)，并且此向心轴具有间隙不可调性。第二，图样中对于径向间隙可调的滚动轴承的轴向间隙没有做出明确的规定。第三，通过调整螺钉螺母来控制轴承的轴向间距，此外，还要对塞尺和百分表进行测量调整。第四，双列圆锥滚子轴承轴 向间 隙的调整。第五，四列圆锥滚子轴承轴向间隙的调整。 5 拆卸的注意要点 根据实际结构的不同，应采用不同的拆卸顺序，明确拆卸要点;拆卸时注意工具零件的保护，合理选用工具;拆卸好的零件按不同型号有次序地放置，按原来结构套在一起，并做好标识。 6 结语 总之，装配钳工是一项精度要求严格的手工工艺，操作时需要严格按照工艺要求进行，因此，我们在掌握理论知识的同时，还需要在实际生产实践中不断积累 经验 ，提高技术的掌握程度，以保证产品质量和生产安全。 参考文献 [1] 张景田.钳工的装配技术要点[J].机械加工制造，2012(4)：15-17. [2] 李振仁.浅谈钳工的基本技术与基本操作[J].黑龙江科技信息，2009(9)：29. 钳工技术论文篇二：《试谈装配钳工的技术要点与操作》 摘要：装配钳工是机械加工技术操作中比较重要的工种，关系着产品的质量合格问题。本文主要探讨了装配钳工的基本技能和装配钳工的拆卸操作要点，供以简单参考。 关键词：装配钳工;技术要点;操作 装配钳工具备2000多年的传承历史，虽然目前机械化操作比较普遍，但是在机械技工技术操作中，许多用机械难以操作的工序都需要装配钳工，尤其是一些特殊零件的加工，因此装配钳工在机械加工操作中具有不可替代的作用。装配钳工的技能操作关系着产品的尺寸精度、位置精度、形位公差，因此必须懂的装配的技术要点和操作规范，才能制造出合格质量的工件，提升制造的效率。 一、装配钳工的基本技能 (一)划线 划线是需要按照图纸样品以及相关的技术要求，在半成品或者毛坯上利用相关的划线工具来划出加工的界限的点、线、面等。划线的目的是为了确定工件的剩余加工量，标记相关的尺寸和界限，并且还可用于发现其中处理不合格的毛坯。划线的工具有划针、划规、划线盘、钢直尺、样冲等，其精度要求在0.25mm～0.05mm，划线的线条痕迹必须要清晰均匀，所划的尺寸和定位一定要准确以备后续加工使用。此外，划线的相关工具应当单独存放及时保养，应当保持工具的精度和准确度，避免其与毛坯存放生锈或者损坏[1]。 划线的步骤一般分七步，首先要看懂图样，明确在工件上具体需要划线的位置，还要了解相关的划线的作用和要求，清楚加工工艺后方可进行下一步操作。第二步是选定划线的基准线，第三步要检查工件或者毛坯的具体情况并进行毛坯涂色，第四步是要安装工件并且选定恰当的划线工作，第五步是划线，第六步是对划线完成的工件进行检查，确定是按照图样要求，划线准确且无遗漏，最后在线条上冲眼。 (二)锉削 锉削可用于平面、曲面、构造以及各种各样形状比较复杂的表面，因而应用比较广泛。锉削时应当注意锉刀的正确握法，只有用正确的握法，才能在保证锉削质量的基础上充分发挥锉削的力量，保持人体的精力的合理安排，不至于很快感到 。正确的锉削握法是用右手紧握住手柄，然后用柄端顶住掌心再将大拇指放在柄的上步，最后将其余四指满握手柄。左手部分的中指和无名指捏住锉刀的前端，大拇指根部压在锉刀头上，食指和小指自然收拢。在操作时要注意站立位置与錾削相似，以自然的方式站立便于用力，要求重心落到左脚上，使用不同的锉削的要求，同时右膝伸直，左膝随着锉削的往复运动而屈伸。 一般来说锉削的精度可以达到 0.01mm，表面精度可以达到 R0.8UM，在锉平面时，要保证锉刀水平之间的进行锉削运动，左手的压力逐渐的由大减小而相反的右手压力由小增大，平均速度保持在一分钟 40 次左右。注意要点一是不可以使用有裂纹或者锉刀柄不牢固的锉刀，二是不允许用肢体器官来接触铁削，三是不得将锉刀漏出钳台。最后在加工时，要针对加工面和工件的情况，选用保护片和木垫来保证锉削工艺的实施。 (三)锯削 锯削是利用锯这一工具对材料和工件进行切断和锯削的加工，在进行锯削时需要掌握的操作要领为：用右手满握锯弓手柄，然后将大拇指压在食指上。左手部位要控制好锯弓的方向，大拇指在弓背上，食指、中指，无名指扶在锯弓前端，其站立姿势与锉削大致相同。锯削时的具体 方法 是推进时左手要上翘右手要下压，然后往回拉回程时右手要上抬，左手自然跟回，平均一分钟也是40次左右。 锯削时注意事项一是要在工件将要锯断时及时减少压力，以防工件突然断裂造成安全问题，二是要控制好锯削的力度大小，以防止锯条因为用力过大折断失控导致操作工受伤，三是要保证锯削直度，眼睛和锯条竖直线要重合以防止歪斜，最后是在锯削时的锯条安装不可过紧或者锯削时运动速度不可过快，否则容易导致锯条断裂。 (四)钻孔 钻孔是在钻床上实施的加工工艺，其中主运动为钻头，沿轴向移动进行钻孔。钻孔时的技术操作要点是：首先需要在钻孔的位置处划出空位的十字中心线，然后后打上标记中心样冲眼，要求冲眼的中心必须要与十字交叉点重合，并且要小。然后在起钻时切忌直接钻孔要先在冲眼冲一小坑，来观察孔位置是否正确，并不断找正要保证浅坑与划线圆同轴。当钻小直径孔或深孔时，要慢慢的进给并不断的退钻排屑，防止钻头因为铁屑阻塞而扭断。最后在钻孔将穿透时，一定要减小进给用力，以免进给量过大，增大了切削抗力进而造成钻头折断或使工件随着钻头一起转动造成事故。需要注意的是钻头需要进行散热冷却，要尽量的减小钻头与孔之间的摩擦，才能提高小钻头的寿命，并且要加注切削液来改善孔的表面质量 钻孔时的注意事项一是在钻孔时严禁戴手套以防止操作不准确，要遵守钻床的操作规程;二是在钻孔时进行检测时，一定先停车再进行检测，以防发生安全事故;三是钻孔时要妥善放置平口钳，手柄端放置在钻床工作台的左向，预防因为转矩过大而导致平口钳落地砸伤人;四是在钻孔时，一定要注意大小钻头的合理使用，应当先用小钻头钻孔再用大钻头扩孔。 (五)攻螺纹 攻螺纹是指通过丝锥在工件孔内部加工出内螺纹的过程称之为攻螺纹。攻螺纹的注意事项第一要将底孔孔口倒角方可实施攻螺纹操作;第二要将工件的装夹位置放置水平，让螺孔的中心线处于垂直或者水平的位置;第三当攻螺纹时丝锥推入1-2圈时及时检查螺纹是否正确并矫正丝锥的垂直位置;第四在攻螺纹时，若孔不通，要及时退出丝锥，排出孔内的铁屑，以防造成因为铁屑阻塞而使丝锥折断或无法满足螺纹深度要求[2]。 二、装配钳工的拆卸操作要点 装配钳工除了装配工作以外还必须懂得拆卸操作的技术要点，并且要按照规范严格操作才能保证操作的顺利。在拆卸过程需注意第一在拆卸工作时，应当依据结构的不同来考虑操作顺序，不可鲁莽操作进行拆卸以防造成零件的损伤;第二拆卸时的顺序应当与装配时相反;第二是在拆卸时不可用重物击打零件表面以防对合格零件造成损伤;第四要清楚零件的旋松方向;第五要对拆卸下的零部件进行妥善有规则的放置，在配合件上做好记号，按照原结构套在一起，以防止混乱。 三、结语 装配钳工不仅仅要充分掌握不划线、锉削、锯削、钻孔、攻螺纹的技术操作，还要应当掌握拆卸的操作要点，并且在实际操作中将理论知识转化为现场生产力，不断 总结 经验，提升自身操作能力。 参考文献： [1]刘泽林，战中学，刘国忠.装配钳工的技能探析[J].硅谷，2015 (04)：20-21. [2]李智博.关于钳工基本技能训练的几点体会[J].黑龙江科技信息，2010(21)：34-35. 钳工技术论文篇三：《试谈高级机修钳工技术》 【摘 要】在科技技术迅速发展的今天，为了提高机械制造企业的综合效益，减少不必要的损失，本研究要对机械的系统进行仔细研究和探讨，提高机械 修理 技术和机械设备保养技术、降低维修保养机械的成本、缩短暂停工作的时间。在设备维修和护理中，充分做到新技术、新思想、新方法的合理应用及技术改进。高级机修钳工就是这个过程的主要领导者。 【关键词】高级机修钳工;设备保养;维修技术 随着设备技术的不断完善，为了确保企业经济的稳步发展，从机修钳工的本身来讲要掌握良好的技术能力和自身的工作素质，自觉遵守机械设备的正确使用和维修制度的规范化，保证将设备的保养和维修相结合使用，从而提高机械在正常工作范围内的平稳应用，本研究将进行高级机修钳工在机械保养护理和维修过程中出现的问题进行详细分析，并且采取一定解决方法和措施，提高技术应用含量，减少不必要的资源浪费，以满足企业在竞争市场发展的需要。 1.机械设备保养的重要意义 一个企业的要想在激烈的竞争中不断前进和发展，离不开其内部机械生产的安全运行，更离不开机械的管理，在机械运行的过程中，不难会出现设备运用的故障，因此机修钳工要根据实际工作的需求，对机械设备建立一套完善的保养和维修的系统方案。这样不仅可以提高企业的生产效率和经济增长率，更能在激烈的市场竞争中占据强有力的位置，并且实现企业本身的从长远发展。机械设备是一个企业的核心，一旦设备中途罢工，这个企业也就面临着很严峻的考验，所以如何正确对设备的保养和应用是十分关键的，设备的正确保养不但有利的保证企业的正常运行，而且也为企业创造更多的经济财富，其中包括节约运行资金，降低物业的运作成本，减少维修费用。因此说设备的正常维护保养对于企业具有重要意义，而机修钳工就是其中不可缺少的组成部分。 2.机械设备的正确应用 机械设备正确操作如下： 2.1机械装配的操作 机械装配的操作即是指装配的意思，把机械的部件、零件按照图样技术要求加以组装的工艺过程。 2.2机械切削的操作 机械切削操作主要有锯削、錾削、攻螺纹、锉削、套螺纹。钻孔(铰孔、扩孔)、研磨和刮削等多种操作形式。 2.3机械的辅助操作 机械的辅助操作即是指划线，它是根据图样在对半成品工件、毛坯件上划出加工界线的操作形式。 2.4机械的维修操作 机械的维修操作即是指维修，是对设备、机械进行检查、维修、修理的操作的方法。 3.机修钳工对机设备的保养采取的措施 生产设备能否在其生命周期内良好运转，关键在于使用过程中机修钳工对机设备的保养如何，正确使用机械设备可以提高工作效率，更为企业创造更多的财富值。恰恰相反，如果不正确使用和按规定保养机械设备，最终将会导致企业的巨大损失，所以针对机械的保养本研究得出以下几个方面： 3.1日常维护 日常维护是以“操作工”为主对设备进行以保为主、保修并重的强制性维修。主要工作内容在工作时间前后检查、擦拭各个部件，对机械进行紧固件的检查、皮带松动检查、安全装置检查、排气排水检查等维护工作。 3.2一级保养 一级保养是根据设备的使用情况，对零部件进行拆卸、清洗、修复处理;在设备运行之前对设备零部件间的工作距离进行精确的调整，清扫电箱、电动机做到电器装置固定整齐，检查安全设备;在工作结束之后清除设备上的油污，清扫附件。 3.3二级保养 二级保养是对机械进行部分的解体，检查和局部修理以及全面的清洗，同时在固定时间内检查机械系统的工作情况，一旦设备出现问题要及时解决，并记录下来方便以后的检查和管理。 在保养过程中润滑处理时十分重要的部分，由于各部件在工作运行时彼此产生的摩擦，降低了机械运转的工作效率，也增加了零件之间的相互磨损量。如果长时间不润滑建导致零件折损和缩短使用寿命，所以在一定的使用时间后机修钳工要对机械设备采取相应的润滑措施，同时润滑油的使用要规范化。针对不同型号的机械要采用不同标牌的润滑油，注意增添润滑油次数和周期，同时加强对润滑油的保存。以上每一个保养的措施都要认真对待，只有保养得当，机械操作才能运转灵活。同时根据各个车间的要求有制度的使用和维护，例如设备的维护保养、合理使用、及时修复可总结为管好、用好、修好，就是车间称之为的“三好”。犹如润滑使用的“五定”原则，其分为定点、定质、定时、定量、定人的要求。 4.修复机械的方法及应用 机械设备的长时间使用，难免会遇到各种损坏问题，解决问题的重要部分就是采用一系列修复措施。修理之后的设备可以重新使用，大大减少机械各零件的磨损量、增加使用期限，提高生产能力，所以经调查研究归结出以下几种修复方法： 4.1换位法 换位法是当零件产生单边磨损， 或磨损有明显的方向性，在保证结构符合条件的情况下，可将他们安装换一下方向，即可能继续使用的一种方法。 4.2局部更换法 局部更换法在零件某个局部出现严重破损现象时，且其余部分完好时，可将此局部去掉，重新制作一个新的部分，与原有的零件连接成为一个整体的方法。如去掉破损的轮齿，连接上新轮齿，或退火后去掉齿圈，压上新齿圈，采用键或过盈的方式连接，还可采用铆钉、紧固螺钉、焊接等方式进行固定。 4.3金属扣合法 金属扣合法主要是针对难以焊补的钢件，或者是不能有较大变形的铸件所发生的裂纹或断裂时的处理。金属扣合法分为强密扣合法、强固扣合法、热扣合法、加强扣合法。 强密扣合法：该方法主要针对承受高压的汽缸或容器等有密封要求的零件而采用的方法之一。 强固扣合法：先在与损坏零件垂直的裂纹或者折断面上，通过铣削或钻出一定形状及尺寸的波形槽， 把形状与波形槽相吻合的波形键镶入其中，在常温条件下，进行铆击，由于具有塑性变形的物理条件促使其填充槽腔，有时能够直接嵌入零件的机体之内。 热扣合法：运用金属具有热胀冷缩的物理特性，对扣合件高温加热，放入与扣合件形状相同的已加工好的零件损坏处凹槽中，扣合件会在冷凝的作用下缩合，弥合破裂的零件。 加强扣合法：主要是用来修复对高载荷的承受厚壁零件的修复。 4.4镶套法 将外衬套和内衬套以一定的过盈量安装在磨损的孔或轴颈上，利用加工到要求尺寸或中间修理尺寸，从而将组合件的配合间隙进行完美配合。 4.5修理尺寸法 指在维修损坏的零件时，通过改变尺寸的大小，并且满足配合要求的一种方法。 4.6调整法 调整法是在机械设备使用一段时间后，由于设备(下转第133页)(上接第78页)主轴承与零件之间产生大量摩损，而导致相互间有一定的间隙，这是采用调整机械件的螺母来减小间隙，从而使距离在符合设备精确的允许范围内。 4.结语 在进行机械设备的使用时，可以发现拥有一套安全和健全的维修和护理双 保险 是十分必要的，它的日常维修和护理可以决定一套机械设备能否安全稳定运行，能否保障一个企业的正常发展，而这一切都要归功于高级机修钳工的工作，要确保对设备的分类、结构、维修等知识的详细了解和实践的应用，也要求机修钳工在日常生活中要充分掌握设备的维修知识、掌握操作流程和常用机械连接零件及密封件知识、熟悉加工工艺，加强自身对机械保养的关注。由此可见，身为一名合格的钳工必须要有丰富的工作经验，并且在日常生活中不断总结和学习，应用最先进的方法解决生产中出现的问题。 [科] 【参考文献】 [1]姜向京.钳工技术与测功机故障的维修[J].汽车零部件，2010(03). [2]杨旭杰.浅谈工程机械维修保养体系[J].科技资讯，2010(02). [3]张红博.浅析设备维护与保养[J].科技风，2010(2). 猜你喜欢： 1. 钳工科技论文大全 2. 钳工的科技论文 3. 模具钳工技术论文 4. 模具钳工专业技术论文 5. 模具钳工专业技术论文
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仅供参考一、传动方案拟定第二组第三个数据：设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器（1） 工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，两班制工作，载荷平稳。（2） 原始数据：滚筒圆周力F=1.7KN；带速V=1.4m/s；滚筒直径D=220mm。运动简图二、电动机的选择1、电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用 Y系列三相异步电动机。2、确定电动机的功率：（1）传动装置的总效率：η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒=0.96×0.992×0.97×0.99×0.95=0.86(2)电机所需的工作功率：Pd=FV/1000η总=1700×1.4/1000×0.86=2.76KW3、确定电动机转速：滚筒轴的工作转速：Nw=60×1000V/πD=60×1000×1.4/π×220=121.5r/min根据【2】表2.2中推荐的合理传动比范围，取V带传动比Iv=2~4，单级圆柱齿轮传动比范围Ic=3~5，则合理总传动比i的范围为i=6~20，故电动机转速的可选范围为nd=i×nw=（6~20）×121.5=729~2430r/min符合这一范围的同步转速有960 r/min和1420r/min。由【2】表8.1查出有三种适用的电动机型号、如下表方案 电动机型号 额定功率 电动机转速（r/min） 传动装置的传动比KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮1 Y132s-6 3 1000 960 7.9 3 2.632 Y100l2-4 3 1500 1420 11.68 3 3.89综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，比较两种方案可知：方案1因电动机转速低，传动装置尺寸较大，价格较高。方案2适中。故选择电动机型号Y100l2-4。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y100l2-4。其主要性能：额定功率：3KW，满载转速1420r/min，额定转矩2.2。三、计算总传动比及分配各级的传动比1、总传动比：i总=n电动/n筒=1420/121.5=11.682、分配各级传动比（1） 取i带=3（2） ∵i总=i齿×i 带π∴i齿=i总/i带=11.68/3=3.89四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速（r/min）nI=nm/i带=1420/3=473.33(r/min)nII=nI/i齿=473.33/3.89=121.67(r/min)滚筒nw=nII=473.33/3.89=121.67(r/min)2、 计算各轴的功率（KW）PI=Pd×η带=2.76×0.96=2.64KWPII=PI×η轴承×η齿轮=2.64×0.99×0.97=2.53KW3、 计算各轴转矩Td=9.55Pd/nm=9550×2.76/1420=18.56N?mTI=9.55p2入/n1 =9550x2.64/473.33=53.26N?mTII =9.55p2入/n2=9550x2.53/121.67=198.58N?m五、传动零件的设计计算1、 皮带轮传动的设计计算（1） 选择普通V带截型由课本[1]P189表10-8得：kA=1.2 P=2.76KWPC=KAP=1.2×2.76=3.3KW据PC=3.3KW和n1=473.33r/min由课本[1]P189图10-12得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，并验算带速由[1]课本P190表10-9，取dd1=95mm>dmin=75dd2=i带dd1(1-ε)=3×95×(1-0.02)=279.30 mm由课本[1]P190表10-9，取dd2=280带速V：V=πdd1n1/60×1000=π×95×1420/60×1000=7.06m/s在5~25m/s范围内，带速合适。（3） 确定带长和中心距初定中心距a0=500mmLd=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0=2×500+3.14(95+280)+(280-95)2/4×450=1605.8mm根据课本[1]表（10-6）选取相近的Ld=1600mm确定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1605.8)/2=497mm(4) 验算小带轮包角α1=1800-57.30 ×(dd2-dd1)/a=1800-57.30×(280-95)/497=158.670>1200（适用）（5） 确定带的根数单根V带传递的额定功率.据dd1和n1，查课本图10-9得 P1=1.4KWi≠1时单根V带的额定功率增量.据带型及i查[1]表10-2得 △P1=0.17KW查[1]表10-3，得Kα=0.94；查[1]表10-4得 KL=0.99Z= PC/[(P1+△P1)KαKL]=3.3/[(1.4+0.17) ×0.94×0.99]=2.26 (取3根)(6) 计算轴上压力由课本[1]表10-5查得q=0.1kg/m，由课本式（10-20）单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV[（2.5/Kα）-1]+qV2=500x3.3/[3x7.06(2.5/0.94-1)]+0.10x7.062 =134.3kN则作用在轴承的压力FQFQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×134.3sin(158.67o/2)=791.9N2、齿轮传动的设计计算（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常齿轮采用软齿面。查阅表[1] 表6-8，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度260HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBS；精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。(2)按齿面接触疲劳强度设计由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3确定有关参数如下：传动比i齿=3.89取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78由课本表6-12取φd=1.1(3)转矩T1T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×2.61/473.33=52660N?mm(4)载荷系数k : 取k=1.2(5)许用接触应力[σH][σH]= σHlim ZN/SHmin 由课本[1]图6-37查得：σHlim1=610Mpa σHlim2=500Mpa接触疲劳寿命系数Zn：按一年300个工作日，每天16h计算，由公式N=60njtn 计算N1=60×473.33×10×300×18=1.36x109N2=N/i=1.36x109 /3.89=3.4×108查[1]课本图6-38中曲线1，得 ZN1=1 ZN2=1.05按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.0[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa故得：d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3=49.04mm模数：m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm取课本[1]P79标准模数第一数列上的值，m=2.5(6)校核齿根弯曲疲劳强度σ bb=2KT1YFS/bmd1确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.5×20mm=50mmd2=mZ2=2.5×78mm=195mm齿宽：b=φdd1=1.1×50mm=55mm取b2=55mm b1=60mm(7)复合齿形因数YFs 由课本[1]图6-40得：YFS1=4.35,YFS2=3.95(8)许用弯曲应力[σbb]根据课本[1]P116：[σbb]= σbblim YN/SFmin由课本[1]图6-41得弯曲疲劳极限σbblim应为： σbblim1=490Mpa σbblim2 =410Mpa由课本[1]图6-42得弯曲疲劳寿命系数YN：YN1=1 YN2=1弯曲疲劳的最小安全系数SFmin ：按一般可靠性要求，取SFmin =1计算得弯曲疲劳许用应力为[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa校核计算σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]σbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够(9)计算齿轮传动的中心矩aa=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm(10)计算齿轮的圆周速度V计算圆周速度V=πn1d1/60×1000=3.14×473.33×50/60×1000=1.23m/s因为V＜6m/s，故取8级精度合适．六、轴的设计计算从动轴设计1、选择轴的材料 确定许用应力选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa2、按扭转强度估算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：d≥C查[2]表13-5可得，45钢取C=118则d≥118×(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=35mm3、齿轮上作用力的计算齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N齿轮作用力：圆周力：Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N径向力：Fr=Fttan200=2036×tan200=741N4、轴的结构设计轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。（1）、联轴器的选择可采用弹性柱销联轴器，查[2]表9.4可得联轴器的型号为HL3联轴器：35×82 GB5014-85（2）、确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位（3）、确定各段轴的直径将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配（如图），考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d2=40mm齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=4 5mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=50mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=45mm.(4)选择轴承型号.由[1]P270初选深沟球轴承,代号为6209,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径d5=52mm.(5）确定轴各段直径和长度Ⅰ段：d1=35mm 长度取L1=50mmII段:d2=40mm初选用6209深沟球轴承，其内径为45mm,宽度为19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=（2+20+19+55）=96mmIII段直径d3=45mmL3=L1-L=50-2=48mmⅣ段直径d4=50mm长度与右面的套筒相同，即L4=20mmⅤ段直径d5=52mm. 长度L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm(6)按弯矩复合强度计算①求分度圆直径：已知d1=195mm②求转矩：已知T2=198.58N?m③求圆周力：Ft根据课本P127（6-34）式得Ft=2T2/d2=2×198.58/195=2.03N④求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得Fr=Ft?tanα=2.03×tan200=0.741N⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm(1)绘制轴受力简图（如图a）（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37NFAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=17.76N?m截面C在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1.01×96÷2=48.48N?m(4)绘制合弯矩图（如图d）MC=(MC12+MC22)1/2=（17.762+48.482)1/2=51.63N?m(5)绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55×（P2/n2）×106=198.58N?m(6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取α=0.2，截面C处的当量弯矩：Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[51.632+(0.2×198.58)2]1/2=65.13N?m(7)校核危险截面C的强度由式（6-3）σe=65.13/0.1d33=65.13x1000/0.1×453=7.14MPa< [σ-1]b=60MPa∴该轴强度足够。主动轴的设计1、选择轴的材料 确定许用应力选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa2、按扭转强度估算轴的最小直径单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：d≥C查[2]表13-5可得，45钢取C=118则d≥118×(2.64/473.33)1/3mm=20.92mm考虑键槽的影响以系列标准，取d=22mm3、齿轮上作用力的计算齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.64/473.33=53265 N齿轮作用力：圆周力：Ft=2T/d=2×53265/50N=2130N径向力：Fr=Fttan200=2130×tan200=775N确定轴上零件的位置与固定方式单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，4 确定轴的各段直径和长度初选用6206深沟球轴承，其内径为30mm,宽度为16mm.。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。(2)按弯扭复合强度计算①求分度圆直径：已知d2=50mm②求转矩：已知T=53.26N?m③求圆周力Ft：根据课本P127（6-34）式得Ft=2T3/d2=2×53.26/50=2.13N④求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得Fr=Ft?tanα=2.13×0.36379=0.76N⑤∵两轴承对称∴LA=LB=50mm(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fr/2=0.76/2=0.38NFAZ=FBZ=Ft/2=2.13/2=1.065N(2) 截面C在垂直面弯矩为MC1=FAxL/2=0.38×100/2=19N?m(3)截面C在水平面弯矩为MC2=FAZL/2=1.065×100/2=52.5N?m(4)计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2=（192+52.52）1/2=55.83N?m(5)计算当量弯矩：根据课本P235得α=0.4Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[55.832+(0.4×53.26)2]1/2=59.74N?m(6)校核危险截面C的强度由式（10-3）σe=Mec/（0.1d3）=59.74x1000/(0.1×303)=22.12Mpa<[σ-1]b=60Mpa∴此轴强度足够（7） 滚动轴承的选择及校核计算一从动轴上的轴承根据根据条件，轴承预计寿命L'h=10×300×16=48000h(1)由初选的轴承的型号为: 6209,查[1]表14-19可知:d=55mm,外径D=85mm,宽度B=19mm,基本额定动载荷C=31.5KN, 基本静载荷CO=20.5KN,查[2]表10.1可知极限转速9000r/min（1）已知nII=121.67(r/min)两轴承径向反力：FR1=FR2=1083N根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1083=682N(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N(3)求系数x、yFA1/FR1=682N/1038N =0.63FA2/FR2=682N/1038N =0.63根据课本P265表（14-14）得e=0.68FA1/FR1
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减速器概述 1.1、减速器的主要型式及其特性减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮—蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机措中应用很广。 减速器类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。 1.1.1 圆柱齿轮减速器当传动比在8以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器。大于8时，最好选用二级(i=8—40)和二级以上(i>40)的减速器。单级减速器的传动比如果过大，则其外廓尺寸将很大。二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边的轴承受力不等。为此，在设计这种减速器时应注意：1)轴的刚度宜取大些；2)转矩应从离齿轮远的轴端输入，以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀；3)采用斜齿轮布置，而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿，一侧为左旋，另一侧为右旋，轴向力能互相抵消。为了使左右两对斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷，其中较轻的龆轮轴在轴向应能作小量游动。同轴式减速器输入轴和输出轴位于同一轴线上，故箱体长度较短。但这种减速器的轴向尺寸较大。圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。它传递功率的范围可从很小至40 000kW，圆周速度也可从很低至60m/s一70m／s，甚至高达150m／s。传动功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式。这两种布置方式可由两对齿轮副分担载荷，有利于改善受力状况和降低传动尺寸设计。关键词：减速器 刚性 零部件 方案
一、传动方案拟定…………….……………………………….2二、电动机的选择……………………………………….…….2三、计算总传动比及分配各级的传动比……………….…….4四、运动参数及动力参数计算………………………….…….5五、传动零件的设计计算………………………………….….6六、轴的设计计算………………………………………….....13七、滚动轴承的选择及校核计算………………………….…20八、键联接的选择及计算………..…………………...………23九、联轴器的选择计算………..……………………………24十、减速器箱体要求与附件的选择………………………….25十一、减速器机体结构尺寸设计…………………………….27十二、润滑与密封…………………………………………….28十三、课程设计总结………………………….………………28十四、参考资料目录………………….………………………30 是这个吧，找我
浅谈齿轮强度设计几个问题的探讨论文
0 引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一。公元前300 多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。17 世纪末到18 世纪初，人们开始对齿轮的强度问题进行研究。欧洲工业革命以后，齿轮技术得到高速发展，齿轮传动在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮设计成为机械设计中重要的设计内容之一。目前国际上比较常见的有关齿轮强度设计公式，除了我国的国家标准( GB) 有关齿轮强度的计算方法以外主要有: 国际标准化组织( ISO) 计算方法; 美国齿轮制造商协会( AGMA) 标准计算方法;德国工业标准( DIN) 计算方法; 日本齿轮工业会( JGMA)计算方法; 英国BS 计算方法等。作者在从事机械设计特别对齿轮设计的教学中，发现不少地方的知识点描述比较简单，不容易理解，为此，在文中对齿轮设计的几个问题如齿轮的失效方式、齿轮强度设计的历史、现状进行了深入分析，探讨我国齿轮强度设计的历史来源以及在齿轮设计中的一些困惑。通过深入的分析，有助于大家更好地理解齿轮设计公式的意义和来龙去脉。
1 齿轮失效方式的探讨
齿轮在传动过程中会出现各种形式的失效，甚至丧失传动能力。齿轮传动的失效方式与齿轮的材料、热处理方式、润滑条件、载荷大小、载荷变化规律以及转动速度等有关。人们对齿轮失效的认识是一个发展的过程。18 世纪中叶人们就开始对齿轮的失效进行研究。对齿轮摩擦磨损、点蚀形成和齿面胶合有了初步的认识。1928 年，白金汉发表了有关齿轮磨损的论文，并将齿面失效分为点蚀、磨粒磨损、胶合、剥落、擦伤和咬死等6 种失效形式。1939 年，Rideout 将齿轮损伤分为正常磨损、点蚀、剥落、胶合、擦伤、切伤、滚轧和锤击等8 种形式。1953 年Borsoff 和Sorem 将齿轮损伤分为6 类。1967 年尼曼根据大量试验，对渐开线齿轮的4 种失效形式画出了承载能力的限制关系图，并指出当齿轮转速较低时，影响软齿面齿轮承载能力的主要因素是点蚀，影响硬齿面齿轮承载能力的是断齿; 而对于高速重载传动齿轮，影响因素往往是胶合。自上世纪50 年代以来，一些国家以标准的形式对齿轮损伤形式进行分类，对名词术语、表现特征、引发原因等都有规定。如1951 年美国将齿轮损伤分为两大类，一类是齿面损坏，包括磨损、塑性变形、胶合、表面疲劳等，另一类是轮齿的折断。前一大类齿面损坏是齿轮作为高副由于摩擦学原因而引起的表面损伤; 后一大类轮齿的折断是轮齿作为受力构件由于体积强度不够而发生的破坏。1968 年奥地利国家标准规定了齿轮损伤的名词术语。
1983 年，我国颁布了齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因国家标准( GB /T3481 - 83) ，将齿轮损伤形式分为5 大类，即磨损、齿面疲劳( 包括点蚀和剥落) 、塑性变形、轮齿折断和其他损伤，共26 种失效形式。1997 年，我国颁布了对GB/T3481 - 1983 修订的GB/T3481 -1997 国家标准。目前我国在大多数的机械设计教材和机械设计手册中齿轮失效方式都进行了简化，一般分为5 大类，即轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形。
2 齿轮强度设计的探讨
2. 1 轮齿弯曲强度计算
1785 年，英国瓦特提出了齿根弯曲强度的计算方法，把轮齿看成为矩形截面的板状悬臂梁，随后出现多种弯曲强度计算公式。1893年，路易斯发表了轮齿弯曲强度计算式，而且用内切抛物线法找齿轮的危险截面，这一方法称为“抛物线法”[12]，如图1 所示。路易斯以载荷作用于齿顶推导出齿根弯曲应力公式，但是对于重合度大于1 小于2 的齿轮传动，理论上只有当单对齿啮合时，载荷才全部由一个齿承受。对于重合度大于2 小于3 的足够精密的齿轮，因为同时有2 对以上的齿轮在啮合，其最大弯曲应力的作用点要低。
在此之后，又出现30°切线法、尼曼法、白金汉法等。1980 年， ISO 提出“渐开线圆柱齿轮承载能力的基本原理”( ISO 6336 - 1980) ，公布了轮齿弯曲强度、齿面接触强度的计算方法。
过去，我国的齿轮强度计算方法一直比较混乱，没有统一的标准，对生产、科研以及教学带来诸多问题。于是， 1981 年我国成立了“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”国家标准课题组，以ISO6336—1980为根据，开展全面的研究工作。1983 年颁布了渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法的国家标准( GB /T3480—1983) 。
目前，我国有关齿轮弯曲强度的设计公式基本上采用30° 切线法，即作与轮齿对称中心线成30°夹角并与齿根圆角相切的斜线，两切点的连线是齿根危险截面位置。而且以单对齿啮合区的最高点作为最不利载荷作用点，这时产生的弯曲应力最大，如图2 所示。另外，弯曲疲劳强度计算公式中，齿形系数在许多机械设计中只是说明与齿数有关，与模数无关，并未做详细说明，不容易理解。下面对相关问题进行详细分析。如图2 所示，齿根弯曲应力为σF =MW= FnhFcosαFbS2F /6 = 6KFthFcosαFbS2Fcosα= KFtbm6( hFm) cosαF( SFm)2cosα( 1)式中，αF为齿顶圆压力角。令式( 1) 中的YF =6( hFm) cos αF( SFm)2cos α式中，YF称为齿形系数，由路易斯在其轮齿弯曲强度计算式中首次引用。可以看出，YF是与齿轮形状的几何参数有关的一个系数。因为，根据齿轮形成原理，齿数的变化将引起轮齿上hF、SF、aF等参数的变化，由于hF、SF、aF均与齿轮模数成正比，致使齿形系数中的模数可以约去。因此，齿形系数不受模数的影响，而只与齿数有关，齿数越多YF越小，反之YF越大。这就是在机械设计的教材中经常会看到“标准齿轮的齿形系数只与齿数有关而与模数无关”的原因。
2. 2 齿轮压应力对弯曲应力的影响
根据30°切线法及齿轮受力分析。将法向力Fn移至轮齿中线并分解成相互垂直的两个分力，即圆周力Ft和径向力Fr。根据力学理论，Ft使齿根产生弯曲应力为σF，Fr则产生压应力σy。因此齿根危险截面上受到的应力为弯曲和压缩组成的组合应力，并导致齿根两边的应力大小不相等。然而，在相关的机械设计资料中都没有将由于径向力产生的压应力计算在齿轮的弯曲强度计算公式中，而且在大多数的相关教材中都认为: 压应力相对于齿根最大弯曲应力比较小，可以忽略不计。但是压应力到底多少，为什么可以忽略不计，很少有人进行计算，下面对压应力与弯曲应力进行探讨。如图2 中，Ft产生其弯曲应力σF如式( 1) 所示。由Fr产生压应力σy为σy = Fnsin αFbSF( 2)由式( 1) 及式( 2) 可得σyσF= SF6hFtan αF设OD = h'，则SF = 2h' tan30°，因此σyσF= tan 30tan αF3h'hF假设标准齿轮模数为m，齿数z。则齿顶圆压力角为cos αF = rbra= zz + 2cos α，由于h'hF< 1，因此，当不考虑h'hF的影响时，σyσF的大小取决于齿轮的齿数。为了便于讨论，取ξ = σyσF称为压应力对弯曲应力的影响系数。则根据计算可以得到ξ 与齿数的对应关系，如图3 所示。可见，压应力对弯曲应力的影响与齿数有关，而模数无关，而且随着齿数的变化而变化，齿数越少其影响越大，反之影响就越小，最终趋于一水平线。最小约为最大弯曲应力的8%，特别当h'hF< 1 时，压应力更小，可以忽略不计。这就是为了简化计算，在计算轮齿弯曲强度时一般只考虑弯曲应力的原因。从图2 可知，弯曲应力分为拉伸侧的拉应力和压缩侧的压应力。实际证明，拉伸侧是危险侧，因拉伸侧的`裂纹扩展速度较大。压缩侧有时虽裂纹出现较早，但发展速度较慢。所以大多数的公式以拉伸侧的应力作为设计时的计算应力。而且根据齿轮弯曲疲劳实验分析证明，考虑弯曲应力、压应力与只考虑弯曲应力的结果，实际上没有多大差别。因此，在齿轮弯曲疲劳强度计算中只考虑弯曲应力。
2. 3 齿面接触疲劳强度计算
图4 赫兹接触应力模型齿面接触疲劳强度计算是针对齿轮齿面疲劳点蚀失效进行计算的强度计算。1881 年，赫兹提出两个圆柱体接触时接触面上载荷分布公式，该式作为齿面强度计算的理论基础，如图4 所示。根据赫兹接触应力理论，在载荷作用下接触区产生的最大接触应力为σH = Fnπb·1ρ1± 1ρ21 - μ21E1+ 1 - μ22槡 E2( 3)式中，Fn为作用在圆柱体上的载荷; b 为接触长度;μ1、μ2分别为两圆柱体材料的泊松比; E1、E2为两圆柱体材料的弹性模量。ρ1、ρ2为两圆柱体接触处的半径，式中“+”号用于外接触，“-”号用于内接触。1898 年，拉塞根据法向力应用“压强”原理研究齿面的接触疲劳强度问题。1908 年，奥地利的维德基将赫兹的两个圆柱体的接触应力理论应用于计算轮齿齿面应力，并绘出了沿啮合线最大接触应力变化图。1932 年，英国BS 根据实验数据提出基础表面应力作为齿面强度计算方法。1940 年，美国AGMA 采用齿面强度最重负荷点的接触应力最大值计算方法。
1949 年，白金汉提出节圆上齿面接触应力不超过许用值的计算方法，后来该方法被许多计算方法所采用。1954 年，尼曼采用最大负荷点上滚动压力。至今，我国皆以赫兹公式作为计算齿面接触疲劳强度的理论基础，即以赫兹应力作为点蚀的判断指标。通常令1ρΣ= 1ρ1± 1ρ2，ρΣ称为综合曲率，对于标准齿轮，1ρΣ= 2d1 sin αi ± 1i 。并令式( 3 ) 中的ZE =1π 1 - μ21E1+ 1 - μ22E 槡为弹性影响系数。从而，获得渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳强度的基本公式为σH = ZEZH2KT1bd21i ± 1槡 i #[ σ ] H( 4) 式中，ZH = 2槡sin αcos α，称为区域系数，对于压力角α= 20°的标准齿轮，ZH≈2. 5。在机械设计手册或机械设计教材中，有关齿轮接触疲劳强度公式有很多版本，其中最常见的是将一对钢制标准齿轮齿面接触强度校核公式进行简化，取钢制齿轮的E1 = E2 =2. 06 ×105MPa，μ1 =μ2 =0. 3，便获得机械设计中常用的校核公式。σH = 671 KT1bd21i ± 1槡 i ≤[ σ ] H( 5)
2. 4 齿面胶合强度计算
齿轮另外一个常见的失效是齿面胶合。有关齿轮胶合比较统一的说法是: 相互啮合的两金属齿面，在一定的压力下直接接触发生黏着，同时又随着齿面运动而使金属从齿面上撕落而引起的黏着磨损现象。胶合分为冷胶合和热胶合。对于高速重载的齿轮传动，齿面瞬时温度较高，相对滑动速度较大，则容易发生热胶合。对于低速重载的重型齿轮传动，由于齿面间压力过大，导致齿面油膜被破坏，尽管齿面温度不高，但也容易产生胶合，称为冷胶合。
对于齿轮齿面胶合强度计算的研究，目前主要基于两种理论，一是基于Pv 值( 压力与速度的乘积) 或PTv ( T 为啮合点到节点的距离) 值作为计算胶合的指标。另一种是以齿面温度作为判定胶合的准则的布洛克算法。1975 年，温特提出积分温度法。现在ISO 的标准中主要以这两种方法为主。2003年，我国颁布“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”国家标准( GB - Z 6413. 1 - 2003和GB - Z 6413. 2 - 2003)。该标准等同采用了ISO/TR 13989 - 2000“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”。曾经有人试图以按弹性流体动力润滑理论计算齿面间的油膜厚度作为胶合的评判依据。
我国多数的机械设计教材中齿轮强度设计一般只提供齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两种计算方法，并未提供有关齿面胶合的强度计算公式。
3 结束语
文中分别对机械设计教学中有关齿轮的强度设计问题进行了分析和探讨，详细解读我国齿轮强度设计的历史沿革及现状，以及齿轮强度设计计算过程中让人困惑的问题及解决方法。研究指出，在齿轮弯曲疲劳强度的计算中，压应力对弯曲应力的影响是有限的，一般可忽略不计，只有当需要精确计算时，应当考虑其影响。论文的研究可以帮助齿轮设计人员和学生更好地理解齿轮设计中的相关内容，为将来从事机械设计工作打下良好的基础。
滚动轴承故障振动检测实验台的机械结构设计论文编号:JX473 有设计图，论文字数:24694,页数:65 摘 要 本文利用传感器检测滚动轴承的振动信号进行故障检测与诊断，可以研究不同的滚动轴承的不同的故障所表现的出来的不同的振动信号。本文主要以外圈直径是50㎜、60㎜的深沟球轴承为例设计了滚动轴承故障振动检测实验台的机械结构部分，该实验台由动力源、减速装置、传动装置、装卡装置几部分组成。其工作原理是通过传感器采集轴承运转时被检测点的振动信号，对每个监测点画出频谱图,与开始建立的参考频谱图数据库比较,分析在哪些频率点振动级值增加,从而判断其故障所在。该实验台可以让学生通过实验对故障诊断这门新兴学科建立更深刻的认识，特别是对滚动轴承故障的振动诊断技术有深刻的认识和了解，进一步认识到故障诊断技术的重要性。 关键词 滚动轴承 故障检测与诊断 振动诊断技术 传感器 Abstract This paper use sensor to diagnose antifriction bearings’ vibration signal for failure examination and diagnosis. It can study different kinds of vibration signals of different bearings which expressed out. This text mainly take the diameter of antifriction bearings are 50mm and 60mm for example to design the experiment pedestal. It contains motive source, gearbox, transfer device and charge equipments. Its’ work principle is to gather vibration signals of the examined points by sensor when antifriction bearing is wheeling, and then draw a frequency chart, then compare with the already built database. Analyze where the vibration value is increased, then judge the failure places and kinds. The pedestal can show more about the discipline of failure diagnosis, especially about the subject of antifriction bearings’ failure diagnosis. And acquaintance the importance of failure diagnosis subject. Key words antifriction bearings failure examination and diagnosis vibrate diagnosis technique sensor目 录摘要 ⅠAbstract Ⅱ第1章 绪论 1 1.1 课题背景 11.1.1 课题来源及研究的目的和意义 11.1.2 故障诊断技术的发展现状 11.1.3 滚动轴承故障诊断技术 2 1.2 本文研究的内容 3 1.3 本章小结 3第2章 滚动轴承故障检测实验台总体设计 4 2.1 实验台的功能需求分析 4 2.2 振动检测实验台方案提出及评价 42.1.1 基本参数的确定 42.1.2 设计方案的确定与评价 4 2.3 本章小结 5第3章 检测实验台传动部件设计 6 3.1 电动机的选择 63.1.1 选择电动机的类型和结构型式 63.1.2 确定电动机的容量 6 3.2 减速器的设计 83.2.1 齿轮的设计 83.2.2 减速器的润滑、密封以及附件的选择 16 3.3 联轴器的选择与法兰盘的设计 17 3.3.1 联轴器类型的选择 17 3.3.2 联轴器尺寸型号的选择 17 3.3.3 法兰盘的设计 17 3.4 本章小结 18第4章 检测实验台的装卡机构结构设计 19 4.1 轴承箱的结构设计 194.1.1 支承部分的刚性和同心度 194.1.2 被检测滚动轴承的轴向紧固 194.1.3 被检测轴承游隙的调整 204.1.4 被检测滚动轴承的预紧. 204.1.5 被检测滚动轴承的润滑 204.1.6 被检测滚动轴承的密封装置 214.1.7 被检测滚动轴承安装轴的加载装置设计 224.1.8 被检测滚动轴承安装轴的设计与校核 224.1.9 导轨的设计 24 4.2 卡盘的设计 25 4.3 本章小结 26第5章 传感器的选用与安装 27 5.1 传感器的选用 27 5.2 传感器安装 29 5.3 本章小结 34第6章 检测实验台的经济技术性分析 35 6.1 系统结构设计的合理性 35 6.2 系统设计的经济性 356.2.1 选材方面 356.2.2 动力源方面 356.2.3 使用、保养、与维护方面 36 6.3 本章小结 36结论 37致谢 38参考文献 49附录1 40附录2 49以上回答来自:
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