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概述和通用影响系数应用(GB/T10062.1-2003)

Tags: K系列螺旋锥齿轮减速机    发布时间: 2015-05-22
5 应用
5.1方法
5.1.1通则
GB/T10062主要用于计算从图纸或测量(重新计算)中获得必要数据的锥齿轮。在初步设计阶段,所获得的数据是有限的,对于某些系数可采用近似或经验的数值。此外,在某些应用场合或粗略计算中,某些系数可设定为“1”或某个常数。但此时应选用保守的安全系数(见5,2)。无论何种情况,如果A、B、C法的结果不一致,则优先选择实际尺寸、全负荷试验。如果A法的精确度与可靠度已被证明,与B法的比较优先选用A法,同样B法与C法比较则优先选用B法。
5.1.2实际尺寸、全负荷试验
齿轮传动设计实际尺寸、全负荷的试验是预测整个齿轮系统性能(齿轮承载能力)的最有效的方法。试验方法不需要用A、B、C法中任一中计算来校验。然而对于锥齿轮,习惯上用B法或C法进行初始设计,然后用试验方法来改进,以达到最佳的轮齿接触、工作的平衡性以及调节性
5.1.3A法
从其他类似的齿轮传动结构的运行中获得丰富的经验,从试验结果或现场数据的推论中获得满意的指导资料。包括在上述推论中的系数要用精确测试和传动系统的深入的数学分析或运行现场的经验等来评价。为使用A法,要知道齿轮载荷的全部数据,这些数据要清楚被描述并提供全部数学分析与试验的前提条件、边界条件、影响到结果的各种特征等。例如,这种方法的精确度要通过公认的齿轮测试来证实。对于这种方法,用户和供应者协商一致。
5.1.4B法
从其他类似的齿轮传动结构的运行中获得丰富的经验,从试验结果或现场数据的推论中获得满意的指导资料。推荐本计算方法用于设计方案的比较,此外对某些系数给出了近似的方法及其评价的相关假定。对于给定工作条件下的相关假定的有效性要予于检验。
5.1.5C法
在评价某些系数时,如不能获得适当的试验结果或类似设计的现场经验,则要采用进一步简化的计算方法。上述简化方法对于特定使用条件或某些特定的前提(例如,与验收试验相关的前提条件)是适用的。
5.2安全系数
当选择安全系数时,允许的齿轮失效概率应小心的权衡,以平衡可靠度与成本之间的关系。如果在实际载荷条件下用试验齿轮厢的方法能精确鉴别齿轮的性能,则可采用较低的安全系数。安全系数由计算强度除以工作应力来确定。
除上述总的要求以及与表面接触疲劳强度(点蚀)和齿根弯曲强度(GB/T 10062.2、GB/T 10062.3)有关的特殊要求以外,只有当仔细考虑了材料数据的可靠度、计算所用载荷的可靠度后才能确定安全系数。在给定的失效概率条件下,用于计算的材料的疲劳极限才是有效的(GB/T8539材料的疲劳极限在失效概率为1%的情况下有效)。当安全系数增加时,则失效的危险降低,反之亦然。如果载荷或系统对振动的响应是估算的而不是测试所得的,则应采用较大的安全系数。
在确定安全系数时,要考虑下述的变化:
——由于制造公差引起的齿轮几何参数变化;
——对中度的变化
——由于化学成分、纯净度与微观结构的变化(材料质量与热处理)引起的材料变化;
——润滑与齿轮使用寿命期间维护的变化。
安全系数取值的合理性取决于计算中的假定可靠性(例如 :计算的载荷假定)以及齿轮本身所要求的可靠性(可能发生的齿轮失效)。
齿轮产品应具有接触强度的最小安全系数SHmin =1,弯曲强度的最小安全系数SFmin=1.3(对弧齿锥齿轮),SFmin=1.5(对于直锥齿轮或βm≦5°的斜齿锥齿轮)。
对于点蚀损坏与断齿的最小安全系数,供应者与用户协商一致。
5.3强度系数
5.3.1试验
对齿轮箱的性能的考验,最有效的方法是实际尺寸、全负荷的试验。这个方法受到高成本的限制。当类似的设计有丰富的经验并能获得有关数据时,那么可从上述试验与数据中通过推断分析获得满意结果。另一方面,当不能获得适用的测试数据与现场运行数据时,应保守的选取强度系数值。
5.3.2制造公差
强度核算各系数的取值应基于零部件加工的最低的规定精度。精度等级应按GB/T10095.1齿距偏差确定。
5.3.3隐含的精度
当系数的经验数据由曲线给出时,GB/T10062提供了曲线的拟合方程,以便编程。
注:拟合曲线的常数和系数明显的比经验数据高一些。
5.4其他因素
5.4.1综述
除影响接触强度和弯曲强度的各系数外,其他相关系统因素对整个传动性能有也有重要影响。上述的影响在计算时必须考虑。
5.4.2润滑
只有当运转的齿轮轮齿配有与载荷、速度和齿面粗糙度相适应的润滑油(有合适的黏度和添加剂),并有足够润滑油供给齿轮与轴承,而且保持合适的运行温度时,GB/T10062计算公式所确定的承载能力才有效。5.4.3不对中误差
许多齿轮传动系统需外部支撑基础(例如机器的底座)以保证齿轮啮合的正确性。如果这些支撑基础设计不良、存在初始的不对中误差,或由于弹性形变或热变形或其他影响因素,使这些支撑基础在运行中变成不对中的状态,对整个齿轮传动系统性能将产生不利影响。
5.4.4变形
由于悬臂、径向和轴向载荷造成的齿轮支撑箱体、轴与轴承的变形影响到齿轮啮合过程的接触。因变形是随载荷而变化的,要在不同载荷下都获得好的轮齿接触是很难的。一般来说,原动机与工作机械的外载荷所引起的变形会降低齿轮的承载能力。外力与内力引起的变形在确定轮齿实际接触时都应充分考虑。
5.4.5材料和冶金质量
大多数锥齿轮由表面渗碳淬火钢制造。这种材料和其他材料的疲劳极限应在锥齿轮试验基础之上来确定。材料疲劳极限(基于钢的冶金制造与热处理的不同状态来确定)从GB/T8539中查取。为选取材料的疲劳极限,应规范材料的硬度、拉伸强度以及质量等级。
注高质量等级的钢具有高的疲劳极限,低质量等级的钢具有低的疲劳极限。
5.4.6残余应力
任何一种含铁的材料具有一中表层-心部硬度梯度这表明存在残余应力。如果处理恰当,齿面表层将是压应力,因此提高了轮齿弯曲疲劳强度。喷丸、表面渗碳、感应硬化(如果处理得当)是造成轮齿表面压应力的通用方法。热处理后的不恰当的磨齿工艺可能降低残余压应力导致轮齿齿根圆角处的残余拉应力,从而降低了材料的疲劳极限。
5.4.7系统动力学
所使用的分析方法公式中包括动载系数KV,由于轮齿制造误差产生了附加载荷,从而降低了齿轮的承载能力。一般来说,本分析计算方法提供了简化值,以便于应用。
由于原动机与工作机械联结的质量相对运动,并因此而引起的系统的动力响应产生了附加的轮齿载荷。使用系数KA仅考虑原动机与工作机械的运行特征。但应认识到齿轮传动副、齿轮箱体的误差和工作机械等诸多因素在接近系统的固有频率处诱发激振,共振能产生比正常载荷大几倍的载荷。因此,涉及到临界使用情况时,推荐进行整个系统分析。这种分析包括原动机、工作机、联轴器、安装条件、激振的根源等整个系统。必须计算自振频率、振型、动态响应的振幅等。
5.4.8接触斑点
为补偿轴和安装基础的变形,在制造过程中绝大多数锥齿轮的轮齿在齿高与齿长方向是鼓形的。这样造成了在滚动检查时,在轻载荷下为局部接触斑点。除另有规定外,在设计载荷下轮齿接触斑点应分布整个齿面,不能集中于大小齿轮边缘的斑点。对于未按鼓形齿加工的并且接触斑点不良的锥齿轮,使用强度计算公式时需要对GB/T10062的系数修正,这些锥齿轮没有包括在本标准内。
5.4.9腐蚀
齿轮的腐蚀会明显降低齿轮的弯曲强度与接触强度。轮齿腐蚀影响的定量分析超出了GB/T10062的范围。5.4基本计算公式中的影响系数
GB/T10062基本计算公式包括了由几何参数确定的系数或常规方法确定的系数,上述系数都要根据他们的计算式计算。
GB/T10062的计算公式中也包括了反映制造偏差和齿轮箱工作周期的系数。考虑到众多的影响,这些系数统称为影响系数。虽然这些系数按相互独立来处理,但在一定程度上是相互影响的(难做定量分析)。这些系数包括影响载荷的系数KA、KV、KHβ、KFβ、KHα、KFα和影响许用应力的诸系数。
还包括反映应力与寿命关系的系数。
各影响系数可用不同的方法来确定。如果需要,系数带号可加下标A、B、C等。除另有规定外(例如应用标准中有规定),对重要的传动优先选用更精确的方法。当计算影响系数的方法不能简明识别时,建议使用补充下标。
对于某些应用情况,必须采用不同的方法选择各系数(例如:确定动载系数、齿间载荷系数的不同的方法)。书写计算报告时所采用的方法用扩展的下标注明。例如:KV-C。
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