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齿轮概述与现状

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齿轮概述与现状

发布日期:2017-01-06 作者:111 点击:

  我们从事齿条生产已有10年时间,在这10年的齿条加工制造中不断开发新的工艺,引进新的技术,在机械传动部件制造行业中,迎来新的里程碑,我们在精度与使用寿命上有着明显的优势,与其它进口齿条相比,不仅可以提供国际一流产品的品质,更在价格与交期上具有绝对的优势,经过多年的经营,优良的制造理念,我们的产品在国内外的同行业中脱颖而出,成为国内市场最具有竞争力的优秀企业。
  1.1 齿轮传动概述
  齿轮,从出现至今已有几千年的历史,在人类的工业发展历史中占有突出地位,是工业化的一种象征。
  齿轮传动是机械传动中最重要的传动方式之一,与皮带、链条、液压等机械传动相比,具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、结构紧凑、使用寿命长,传动平稳可靠等特点[1],是各种机械装备中应用最广的动力和运动传递装置,其动力学特性和工作性能对整个机械装备有重要的影响。随着机械向高效、高速、高精密、多功能方向发展,对传动机械的功能和性能的要求也越来越高,其使用性能、振动噪声、能源消耗、工作寿命等在很大程度上取决于传动系统的性能。齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械装备和产品的性能水平。现代齿轮传动的主要特点有:高线速度、大传动比、传递功率大。所不足的是高线速度带来较大的振动、噪声和动载荷,影响系统的安全性和稳定性;较大的传动比使齿轮啮合面相对滑动速度较高,齿面胶合、磨损失效显著增加;大功率传递,要求齿轮转动装置具有较高的传动效率[2]。
  齿轮失效是齿轮传动中无法避免的问题。齿轮的种类有很多,就装置形式来说,有开式、半开式及闭式之分;就使用情况来说有低速、高速及轻载、重载之别;就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同,轮齿有脆、韧之分,齿面有硬齿面、软齿面的差别[1]。一般说来,齿轮传动失效主要是轮齿失效。由于齿轮工作条件不同会出现不同的失效形式,其中以轮齿折断和齿面损伤两种形式为主。疲劳、过载及载荷集中会造成轮齿折断,而磨损、点蚀、胶合是造成齿面损伤的主要原因。日本机械学会调查发现,在88个齿轮损伤实例中,轮齿折断占齿轮失效的比例高达55.68%[3]。研究表明,齿面摩擦力在点蚀形成、齿根裂纹萌生与扩展及轮齿断裂过程中起到加速作用[4]。摩擦是齿轮研究的基础性工作,充分认识摩擦对齿轮的影响,不仅可提高齿面的承载能力,而且也能提高传动效率。
  1.2 齿面摩擦研究背景及意义
  齿轮是机械领域内重要的基础零件,己成为许多机械产品中不可缺少的传动部件。以齿轮为代表的基础零部件(包括轴承、液压件、气动元件、密封件和紧固件等)不仅是我国装备制造业的基础性产业,也是国民经济建设各领域的重要基础。近年来,快速发展的汽车工业为我国齿轮行业自主品牌的发展创造了千载难逢的机遇。此外,随着装备制造业的不断振兴,齿轮行业得到了十足的发展,其产品种类繁多,广泛应用于航空航天、船舶、汽车、高铁、工程机械等二十多个领域。据统计,到2011年底,我国齿轮行业市场销售总额突破1780亿元,增长速度高达22.7%。很显然,我国已成为世界齿轮制造大国,但不是齿轮制造强国。我国齿轮行业的产品质量、产品设计、工艺开发、制造装备和检测试验等综合技术水平仅相当于发达国家上世纪九十年代中后期水平,整体实力落后十到十五年,形式相当严峻。齿轮研究已列为我国装备制造业“十二五规划”的一个重点研究方向,具有重要的战略意义。
  在传统的齿轮强度设计、校核过程中并未考虑摩擦的影响,未来齿轮正向高速、高精度和高效率等方向发展,因而对齿轮提出了更高的要求,必须对摩擦的影响进行深入分析。摩擦学是当今国际上研究十分活跃和受到各国普遍重视的交叉学科领域[5],而齿轮传动摩擦是摩擦学界的重要组成部分,齿轮传动摩擦过程研究是齿轮摩擦学主动设计和精确分析的关键,摩擦因数的确定是齿轮传动摩擦学研究中的重点。齿轮传动摩擦学系统是多场耦合的复杂系统,由齿轮副、多物理介质和环境因素等构成,具有时变动态特性、非线性、不可逆等特点。轮齿通常处于复杂的工作状态下,存在冲击、振动等影响,润滑状态在边界润滑、混合润滑、弹流润滑间相互转化,导致摩擦因数具有很强的不确定性。齿面摩擦力和摩擦因数表现强非线性出时变特性,与轮齿形状、表面质量、润滑状态、负载特性、工作温度等诸多因数有关[6]。摩擦因数的计算问题是国际传动摩擦学界暂未得到很好解决的技术难题之一,具有较高的科研价值。齿轮摩擦学研究对于减少摩擦磨损、提高疲劳强度、改善传动性能等具有显著意义,有较高的经济价值。
  本论文课题是在国家自然科学基金项目《齿面摩擦力的定量计算与齿轮传动摩擦过程模拟及优化》(项目号:50805044)和《真实微观齿面的动态接触模型与滚滑复合摩擦因数计算方法研究》(项目号:51275160)资助下进行,对齿轮传动的研究具有重要的工程实际意义。
  1.3 齿面摩擦国内外研究现状
  齿轮机构作为传动系统的重要组成部分,在一定程度上决定着机械产品的性能。为了适应未来机械产品高效、精密、节能、环保的发展方向,齿轮机构要满足传动效率高、承载能力强、使用寿命长、工作噪声低等要求。为了达到以上要求,有必要对齿轮啮合的动静态特性进行深入研究,提高齿轮的设计制造水平,具有重要的理论价值和工程意义。在齿轮动态特性中,摩擦是一个很重要的影响因素,齿面摩擦对齿轮传递效率、齿轮失效、系统的振动和噪声影响很大。
  1.3.1 载荷历程研究现状
  在一个啮合周期内,载荷随啮合点不断发生变化,摩擦力也随之不断变化,所以研究啮合过程摩擦的变化同时也要分析载荷变化历程。国内外许多学者在轮齿载荷分配、应力与变形方面方面作了深入研究。Wallace[7]建立了二维单齿模型,对移动载荷下的动/静应力、变形和断裂进行了深入研究。魏任之[8]通过大量有限元分析计算回归拟合得到了直齿轮单齿计算模型在加载点处法向挠曲变形的计算公式。Ramamurti[9]利用二维有限元子结构技术和轮齿循环对称特征,计算了齿廓上几个加载点对应的齿根应力。Sahir Arikan[10]引入啮合刚度概念,研究了直齿轮在动载荷作用下齿根应力的变化情况。Li Shu-ting[11,12]运用数学规划法和三维有限元法结合进行齿轮接触分析,探讨齿面上二维平面和三维空间载荷分布情况,研究齿高对接触应力、弯曲应力的影响。Tian Yong-tao[13]等建立包含全齿、传动轴的齿轮传动系统模型,分析载荷沿齿宽和齿廓两个不同方向的载荷分布情况。Mohammad Durali[14]详细讨论接触区域的载荷分布,并分析偏载情况下的载荷分布情况,对齿轮强度分析具有重要意义。Kuang[15]通过二维三齿有限元模型研究了直齿啮合刚度和载荷分配率。Filiz和Eyerciogiu[16]应用平面有限元单齿模型分析集中力、分布力和模拟接触三种情况不同加载方式对齿根应力的影响。芮井中[17]发现齿根应力、位移沿宽度分布是不均匀的,其最大值及对应位置与宽度有关。徐步青[18]、周长江[19]等人建立了精确的有限元模型,对移动载荷下齿根应力的时间历程作了详细的探讨。
  通过载荷历程的分析,可以清楚的知道在齿轮动态啮合过程中齿根应力、啮合处的变形随着啮合位置移动的变化过程。根据胡克定律可知,摩擦力与摩擦因数及法向接触力有关,载荷历程的分析为摩擦因数的反求提供了必要的前提。
本公司坚持以“诚信为本、质量第一、价格合理”的经营理念,坚持“客户第一”的原则,坚持专心专业的精神,坚持在齿条生产领域的发展,我们坚信专业产生价值,共赢才是未来。质量第一,信誉至上,持续发展,互惠互利是我司企业的发展方针,团结,进取,诚信,敬业是我们的企业精神。以优质的服务和专业的技术服务于客户,客户的需求是我们的方向。温岭市信宇机械全体员工热诚欢迎广大国内外客户光临与指导!

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