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怎么做好齒輪之齒輪設計
怎樣才能做出好的齒輪產品?齒輪工業(yè)的發(fā)展方向是什么?首先,齒輪設計的原則應該改變。早期國內機械工業(yè)的設計思想是“擔心強度不足”,受到材料和加工工藝的制約。
發(fā)布日期:2020 - 07 - 08 10:39:01

怎樣才能做出好的齒輪產品?齒輪工業(yè)的發(fā)展方向是什么?首先,齒輪設計的原則應該改變。早期國內機械工業(yè)的設計思想是“擔心強度不足”,受到材料和加工工藝的制約。設計的產品又笨又重,浪費了大量資源。例如,在設計齒輪箱齒輪時,應盡量選擇較大的模數,以滿足特殊工況下的過載要求。

然后,通過對國內外先進水平的比較,我們發(fā)現“保證在使用期內不壞”的原則進行設計,可以節(jié)省大量相關資源。我在早期發(fā)現了很多公司的齒輪圖紙,很明顯它是用在有很一般要求1的場合,但它的精度等級是5級以上。這是一種浪費,需要糾正過來。

齒輪設計

目前的制造工藝水平已今非昔比。如果按照原來的思路設計,會固化自己的思維,造成重復勞動和無效勞動,大大增加相關成本。設計必須有精益求精的理念。目前,國內齒輪產品圖大多采用通用的設計方法,沒有細化的設計理念。真正的精細化設計是充分考慮產品本身的應用,并有意識地控制一定的精度指標。眾所周知,判斷齒輪副精度的公差有三組:運動精度誤差、運動平穩(wěn)性誤差和載荷分布均勻性誤差。真正的精細設計應該是為每個項目合理選擇不同的公差等級。

在保證齒輪和使用壽命的前提下,盡可能減小齒輪的質量和轉動慣量,從而減輕設備的總重量,便于換擋操作。通常通過改變齒輪的結構,如將齒輪加工成腹板或孔板式,實現齒輪的重量減輕,同時提高功率密度。

齒輪箱是典型的彈性結構系統。它在軸承動載荷作用下產生振動和輻射噪聲。因此,合理設計箱體的結構和振動特性有助于降低齒輪系統的噪聲。例如,以箱體薄壁振動最小為目標進行設計時,以頻率約束、應力約束、幾何約束等為約束條件,將箱體壁在動態(tài)激勵下的振動最小化,達到降低噪聲輻射的目的。另外,在箱體結構的設計中,應注意保證支座與箱體支點之間的結構連接具有足夠的剛度,以減少系統振動。對于面積較大的薄壁結構,應設置加強筋,以降低振動噪聲的振幅。

對于高精度齒輪,齒輪的修形程度有時決定著整個傳動系統的設計水平。目前的齒輪齒面修形曲線大多是根據以往的經驗,或是與同類產品相比較進行仿制。同一宏觀尺寸的兩對齒輪副,其齒面修形參數不同,會造成使用壽命的巨大差異。

實際的成形曲線不是設計出來的,而是需要測試的。大型外國公司已將修改后的產品參數一般都是保密的,并投入大量資源進行開發(fā)。目前,這方面的工作還有很大差距。

齒輪設計必須充分考慮過程。由于齒輪產品的特殊性,在設計中必須考慮粗加工、加工、熱處理和檢驗等因素的影響。制造試驗一體化可以優(yōu)化材料和工藝,定量評價,輔助決策,提高產品的功率密度。特別是對于弧齒錐齒輪,由于刀具是非標準設計的,同一系列刀具應盡量推廣和系列化。另外,在設計齒輪時,也要考慮熱處理變形的影響,如不要使齒尖過于鋒利,且齒根盡量不留未切割的材料,盡量不要使用過薄的結構等。

齒輪性能的實現還需要高質量的合適材料。對于齒輪鋼,從強度角度考慮,應盡量減少鋼的內部缺陷,以減少裂紋形成的機會;提高鋼的質量,以增強抗裂紋形成和擴展的能力。最終達到了提高齒輪疲勞強度和壽命的目的。因此,齒輪產品設計人員必須了解齒輪的制造工藝,否則會精疲力竭。

為了降低噪聲,鋼制齒輪軸承的齒面可以進行滲硫或鍍銅處理。齒面硫化的目的是降低齒面摩擦系數。為了提高齒輪的接觸精度,在渦輪齒輪上采用了齒面鍍銅。齒輪熱處理對噪音也有影響。例如,齒輪淬火后衰減性能惡化,噪聲增加3-4dB。因此,對強度和磨損性能要求不高的齒輪不需要淬火。對于潤滑油和加油方式的影響,一般認為,隨著油量和油粘度的增加,噪聲變小。這是因為潤滑油具有阻尼作用,可以防止嚙合齒面之間的直接接觸。采用油浴潤滑時,由于油面高度不同,齒輪噪聲也不同,即不同的齒輪箱有不同的最佳油位。

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關鍵字: 齒輪設計
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