畢業(yè)論文---一級減速機的壽命分析

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　論 文 題 目：一級減速機的壽命分析 </p><p>　　【英 文】: Life analysis of a reducer </p><p>　　系 部：機電與建筑工程學部 </p>

2、<p>　　專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指 導 老 師：

3、 </p><p>　　日 期： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ..................................................................

4、............................................................3</p><p>　　第一章 緒論 ..............................................................................................................4</p><p

5、>　　1.1壽命概述 ..........................................................................................................4</p><p>　　1.2本文研究內容 ................................................................

6、..................................4</p><p>　　第二章 減速機基本情況 ..........................................................................................5</p><p>　　2.1減速機的特點、用途及作用 ..................

7、........................................................5</p><p>　　2.2減速器的基本構造和基本運動原理 ..............................................................5</p><p>　　2.3影響減速機壽命的因素以及如何選擇構件 ...........

8、.......................................6</p><p>　　2.4本章小結 ..........................................................................................................9</p><p>　　第三章 齒輪的分析 .......

9、.........................................................................................10</p><p>　　3.1齒輪傳動的介紹 ............................................................................................10

10、</p><p>　　3.1.1齒輪在減速機中的作用 ...........................................................................10</p><p>　　3.1.2齒輪傳動的特點 ...................................................................

11、..................10</p><p>　　3.1.3影響齒輪壽命的因素 .............................................................................10</p><p>　　3.2齒輪傳動的失效形式 ..............................................

12、........................................13</p><p>　　3.2.1齒輪傳動出現不同失效形式的原因 .....................................................13</p><p>　　3.2.2何為齒輪傳動的失效 .......................................

13、......................................13</p><p>　　3.2.3齒輪傳動的主要失效 .............................................................................13</p><p>　　3.3本章小結 ..............................

14、..........................................................................17</p><p>　　第四章 齒輪三維模型的建立以及應力分析 ........................................................19</p><p>　　4.1齒輪三維模型的建立和分析 ...

15、.......................................................................19</p><p>　　4.1.1齒輪三維模型建立的方法 .....................................................................19</p><p>　　4.2應力分析 ...

16、.....................................................................................................26</p><p>　　4.2.1網格的建立 ..................................................................................

17、...........26</p><p>　　4.2.2應力分析 .................................................................................................26</p><p>　　4.3本章小結 ..........................................

18、..............................................................34</p><p>　　第五章 結論 ............................................................................................................35</p><

19、;p>　　參考文獻 ..................................................................................................................36</p><p>　　致謝 ...............................................................

20、...........................................................38</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　一級減速機的壽命分析</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　減速器在機械傳動中的應用十分

21、廣泛，它是一種傳遞運動和力的機構，因此研究和分析減速器的壽命是非常必要和重要的。其中，一級減速器是減速器中最基礎和最簡單的一種。國內的減速器多以齒輪傳動為主，而影響減速器壽命最重要的因素是齒輪傳動中的齒輪。所以，研究和分析一級減速器的壽命主要是研究和分析減速箱中的一對嚙合齒輪的壽命。而研究和分析齒輪的壽命主要是研究齒輪的失效形式及進行應力分析和計算。近些年來，隨著隨著計算機技術、數控技術和多種專業(yè)輔助制圖軟件（例如：CAD、CAM、UG

22、、PROE等）的不斷發(fā)展和廣泛應用，可以很逼真和形象的繪制出齒輪的三維模型，并進行應力分析，可比較精確的估計出齒輪的壽命，從而估計出一級減速器的壽命。</p><p><b>　　關鍵詞</b></p><p>　　減速器；齒輪；壽命；失效；三維模型；應力分析</p><p><b>　　Abstract</b></

23、p><p>　　Reducer mechanical drive of a wide range, it is a transfer motion and force and so the research and analysis reducer life is very necessary and important. Among them, a reducer is a reducer of the most

24、basic and simplest. Internal reducer is mostly gear reducer,and the most important factor affecting the life of gear reducer is gear itself. Therefore, research and analysis of the life of a reducer is to study and analy

25、ze the gear box in the life of a pair of meshing gears. The research and analy</p><p><b>　　Key words</b></p><p>　　Reducer；gear；life；failure； three dimensional model；stress analysis&l

26、t;/p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 壽命概述</b></p><p>　　機器設備的壽命是指機器設備從開始使用到被淘汰的整個時間過程。機器設備的壽命分為：自然壽命、技術壽命、經濟壽命。其中經濟壽命受有形磨損和無形磨損的共同影響。采用新材料是延長機械壽命的有效措施，近年來，材

27、料科學發(fā)展迅速，大量高強度，耐磨，抗振和抗沖擊的新材實不斷地出現，在設計新機時應根據機械性能與工況選用相適應的新材料，以延長其使用壽命。機械的使用壽命并不是越長越好，不恰當的延長機械的使用壽命有時反而會造成經濟損失，甚至阻礙技術進步，只有適時地更換機械，才能促時技術進步，加速經濟增長，節(jié)維能源，提高經濟效益。同一種型號的工程機械，由于設計水平，制造質量，使用環(huán)境以及使用維修單位的技術和管理水平各不相同，其使用壽命會有很大的差別。因此，工

28、程機械的研究，設計，制造，安裝直至運行，保養(yǎng)和維修全過程，都有責任為延長機械的壽命作出貢獻。</p><p><b>　　1.2本文研究內容</b></p><p>　　本文主要分析的是一級減速機的壽命。而減速機不僅包括減速器，還包括電機。因為如果減速機要起到減速作用的話，就必須有減速裝置，這時就需要減速器來工作了。因此減速器是減速機實現減速的核心部件，減速機壽命的分

29、析主要是減速器壽命的分析。并且減速器主要是靠一對嚙合的齒輪傳動來實現減速的。所以，本文實際分析的是一對齒輪的壽命。</p><p>　　第二章 減速機的介紹</p><p>　　2.1減速機的特點、用途及作用 </p><p>　　在目前用于傳遞動力與運動的機構中，減速機的應用范圍相當廣泛，幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機車

30、、建筑用的重型機具，機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產設備，到日常生活中常見的家電、鐘表等等。其應用從大功率的傳輸工作、到小負荷、精確的角度傳輸都可以見到減速機的應用，而且在工業(yè)應用上，減速機具有減速及增加轉矩功能，因此廣泛應用在速度與扭矩的轉換設備中。減速機是一種動力傳達的機構，在應用上于需要較高扭矩以及不需要太高轉速的地方都用的到它。而且隨著工業(yè)的發(fā)展和工廠的自動化，其利用減速機的需求量日益增長。通常減速的方法有很多，但最常用的方法

31、是以齒輪來減速，可以縮小占用空間及降低成本，所以也有人稱減速機為齒輪箱。齒輪箱是一些齒輪的組合，因齒輪箱本身并無動力；所以需要驅動組件來傳動它,其中驅動組件可以是馬達、引擎或蒸汽機。而使用減速機最大的目的有下列幾種:1）、動力傳遞。2）、獲得精確轉速。3）、獲得大的輸出扭矩。</p><p>　　2.2減速器的基本構造和基本運動原理</p><p>　　2.2.1一級齒輪減速器的機械結構&

32、lt;/p><p>　　減速器有兩條軸系、兩條裝配線，兩軸分別由滾動軸承支承在箱體上，采用過渡配合，有較好的同軸度，從而保證齒輪嚙合的穩(wěn)定性。端蓋嵌入箱體內，從而確定了軸和軸上零件的軸向位置。裝配時只要修磨調整環(huán)的厚度，就可使軸向間隙達到設計要求。</p><p>　　箱體采用分離式，沿兩軸線平面分為箱座和箱蓋，二者采用螺栓連接，這樣便于裝修。為了保證箱體上安裝軸承和端蓋的孔的正確形狀，兩零件

33、上的孔是合在一起加工的。裝配時，它們之間采用兩錐銷定位，銷孔鉆成通孔，便于拔銷。 </p><p>　　箱座下部為油池，內裝機油，供齒輪潤滑。齒輪和軸承采用飛濺潤滑方式，油面高度通過油面觀察結構觀察。通氣塞是為了排放箱體內的揮發(fā)氣體，拆去小蓋可檢視齒輪磨損情況或加油。油池底部應有斜度，放油螺塞用于清洗放油，其螺孔應低于油池底面，以便放盡機油。箱體前后對稱，兩嚙合齒輪安置在該對稱平面上，軸承和端蓋對稱分布在齒輪的兩

34、側。箱體的左右兩邊有四個成鉤狀的加強肋板，作用為起吊運輸。 </p><p>　　2.2.2一級齒輪減速器的工作原理</p><p>　　一級圓柱齒輪減速器是通過裝在箱體內的一對嚙合齒輪的轉動實現減速運動的。動力由電動機通過皮帶輪傳送到齒輪軸，然后通過兩嚙合齒輪（小齒輪帶動大齒輪）傳送到軸，從而實現減速之目的。</p><p>　　圖2-1：減速器效果圖</p

35、><p>　　圖2-2：一級減速器的簡圖</p><p>　　2.3影響減速機壽命的因素以及如何選擇構件</p><p>　　影響減速機的壽命的因素有很多，減速機中的每個構件都可能影響到減速機的壽命，包括：電動機、主動軸、滾動軸承、聯(lián)軸器、傳動零件、箱體、箱蓋及附件、鍵和齒輪等，其中齒輪是最主要的因素。此外，密封和潤滑方式也會影響到減速機的壽命。</p>

36、<p><b>　　傳動方案擬定</b></p><p>　　設計帶式輸送機傳動裝置中的一級圓柱齒輪減速器。</p><p>　　工作條件：使用年限10年，每年按300天計算，兩班制工作，載荷平穩(wěn)。</p><p><b>　?。?）電動機的選擇</b></p><p>　　電動機類型和結

37、構型式的選擇：按已知的工作要求和條件，選用 Y系列三相異步電動機。</p><p>　　傳動裝置的總效率： η總=η帶×η2軸承×η齒輪×η聯(lián)軸器×η滾筒 =0.96×0.992×0.97×0.99×0.95 =0.863) 電機所需的工作功率： Pd=FV/1000η總 =1700&#

38、215;1.4/1000×0.86 =2.76KW4) 確定電動機轉速： 滾筒軸的工作轉速： Nw=60×1000V/πD =60×1000×1.4/π×220 =21.5r/min</p><p>　　確定電動機型號 根據選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機型號為Y100l2-4。其主要性能：

39、額定功率3KW，滿載轉速1420r/min，額定轉矩2.2。</p><p>　?。?）聯(lián)軸器的選擇1）可采用彈性柱銷聯(lián)軸器，可得聯(lián)軸器的型號為HL3聯(lián)軸器：35×82 GB5014-852）確定軸上零件的位置與固定方式 一級減速器中，可以將齒輪安排在箱體中央，軸承對稱布置在齒輪兩邊。軸外伸端安裝聯(lián)軸器，齒輪靠油環(huán)和套筒實現軸向定位和固定，靠平鍵和過盈配合實現周向固定，兩端軸承靠套筒實現軸向

40、定位，靠過盈配合實現周向固定 ，軸通過兩端軸承蓋實現軸向定位，聯(lián)軸器靠軸肩平鍵和過盈配合分別實現軸向定位和周向定位。</p><p><b>　?。?）主動軸的選擇</b></p><p>　　選軸的材料為45號鋼，調質處理。一級齒輪減速器的低速軸為轉軸，輸出端與聯(lián)軸器相接。</p><p>　　主動軸上的軸承:由初選的軸承的型號為:6206

41、查[1]表14-19可知:d=30mm,外徑D=62mm,寬度B=16mm,基本額定動載荷C=19.5KN,基本靜載荷CO=111.5KN,查[2]表10.1可知極限轉速13000r/min根據根據條件，軸承預計壽命</p><p>　　L'h=10×300×16=48000h 1)已知nI=473.33(r/min)兩軸承徑向反力：FR1=FR2=1129N根據課本P2

42、65（11-12）得軸承內部軸向力FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1129=711.8N2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端為壓緊端，現取1端為壓緊端FA1=FS1=711.8N FA2=FS2=711.8N3)求系數x、yFA1/FR1=711.8N/711.8N =0.63FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.63根據課本P265表（14-14）得e=0.68

43、FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1y1=0 y2=04)計算當量載荷P1、P2根據課本P264表（14-12）取f P=1.5根據課本P264（14-7）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5NP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N5)軸承壽命計算∵P1

44、=P2 故取P=1693.5N</p><p>　　（7）減速器箱體、箱蓋及附件的設計計算1）減速器附件的選擇</p><p>　　1] 通氣器：由于在室內使用，選通氣器（一次過濾），采用M18×1.5 2] 油面指示器：選用游標尺M12 3] 起吊裝置：采用箱蓋吊耳、箱座吊耳. 4] 放油螺塞：選用外六角油塞及墊片M18×1.5 5] 起蓋螺釘型號：GB/T

45、5780 M18×30,材料Q235 6] 高速軸軸承蓋上的螺釘：GB5783～86 M8X12,材料Q235 7] 低速軸軸承蓋上的螺釘：GB5783～86 M8×20,材料Q235 8] 螺栓：GB5782～86 M14×100，材料Q2352）箱體的主要尺寸： 1] 箱座壁厚z=0.025a+1=0.025×122.5+1= 4.0625（取z=8） 2] 箱蓋壁厚z1=0.02

46、a+1=0.02×122.5+1= 3.45 （取z1=8） 3] 箱蓋凸緣厚度b1=1.5z1=1.5×8=12 4] 箱座凸緣厚度b=1.5z=1.5×8=12 5] 箱座底凸緣厚度b2=2.5z=2.5×8=20 6] 地腳螺釘直徑df =0.036a+12=0.036×122.5+12=16.41(取18) 地腳螺釘數目n=4 (因為a<250</p>

47、<p>　　12] 位銷直徑d=(0.7-0.8)d2=0.8×10=8</p><p>　　13] 凸臺高度：根據低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準。 14] 外箱壁至軸承座端面的距離C1＋C2＋（5～10） 15] 齒輪頂圓與內箱壁間的距離：＞9.6 mm 16] 齒輪端面與內箱壁間的距離：=12 mm 17] 箱蓋，箱座肋厚：m1=9 mm,m2=9 mm 18]

48、 軸承端蓋外徑∶D＋（5～5．5）d3 D～軸承外徑（8）潤滑與密封1）齒輪的潤滑采用浸油潤滑，由于為單級圓柱齒輪減速器，速度ν<12m/s，當m<20 時，浸油深度h約為1個齒高，但不小于10mm，所以浸油高度約為36mm。</p><p>　　2）滾動軸承的潤滑由于軸承周向速度為，所以宜開設油溝、飛濺潤滑。</p><p><b>　　3）潤滑油的選擇&l

49、t;/b></p><p>　　齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設備，選用GB443-89全損耗系統(tǒng)用油L-AN15潤滑油。</p><p><b>　　密封方法的選取</b></p><p>　　用凸緣式端蓋易于調整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為GB894.1-86-2

50、5軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑決定。</p><p><b>　　2.4 本章小結</b></p><p>　　本章對一級減速機的特點、用途以及基本原理和基本構造作了比較系統(tǒng)的闡述和分析，因次基本弄清一級減速機的基本情況和本文的分析重點。</p><p>　　第三章 齒輪的分析</p><p>　　3.1齒輪

51、傳動的介紹</p><p>　　3.1.1齒輪在減速機中的作用</p><p>　　由于一級減速機中的減速器是通過裝在箱體內的一對嚙合齒輪的轉動實現減速運動的，因此齒輪是減速機中的核心部件，起著至關重要的作用。</p><p>　　3.1.2齒輪傳動的特點</p><p><b>　?、?主要優(yōu)點：</b></p&

52、gt;<p>　　1）能保證瞬時傳動比的恒定，傳動平穩(wěn)性好，傳遞運動準確可靠。</p><p><b>　　2) 傳動效率高。</b></p><p>　　3) 傳動的功率和速度范圍大。</p><p>　　4) 結構緊湊，工作可靠，壽命長。</p><p><b>　　② 主要缺點：</b

53、></p><p>　　1) 制造和安裝精度要求高，工作時有噪音。</p><p>　　2) 齒輪的齒數為整數，能獲得的傳動比受到一定的限制，不能實現無級變速。</p><p>　　3) 中心距過大時將導致齒輪傳動機構龐大、笨重。</p><p>　　3.1.3影響齒輪壽命的因素</p><p>　　基于上述講述

54、的齒輪傳動的特點，影響齒輪壽命的因素包括：</p><p>　　① 大小齒輪齒數：齒數太少，不利于齒輪加工；齒數太多，齒輪傳動中輪齒嚙合次數多，齒輪磨損大，減小齒輪的壽命。因此，在加工方便和滿足要求的下，齒數盡可能少。</p><p>　?、?傳動比：因為傳動比是由一對嚙合齒輪的齒數比決定的，所以傳動比影響到齒數，從而影響到齒輪的壽命。</p><p>　　③ 齒輪

55、材料：根據輪齒的失效形式可知，設計齒輪傳動時，對齒輪材料的基本要求為：</p><p>　　1) 齒面應有足夠的硬度和耐磨性，以抵抗齒而磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等；</p><p>　　2) 輪齒芯部應有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷；</p><p>　　3) 應有良好的加工工藝性能及熱處理性能，使之便于加工且便于提高其力學性能。</p

56、><p>　　因此，適合制造齒輪的材料有很多，最常用的是鍛鋼，其次是鑄鋼、鑄鐵，此外還有非金屬材料等，例如工程塑料。</p><p>　?、?壓力角：一般標準壓力角是20度。增大壓力角。齒輪彎曲強度和接觸強度均可增加。</p><p>　?、?模數：對于一般傳動模數>>2mm。</p><p>　?、?齒寬系數：齒寬系數決定齒寬的大小

57、，加大齒寬，可提高承載能力；但是齒寬越大，載荷沿齒寬分布越不均勻。因此應合理選擇齒寬系數。一級減速機中一對嚙合的大小齒輪，要求具有一定的承載能力，且嚙合準確，并且有必要提出的是，齒寬結果要圓整，而且小齒輪的齒寬在圓整值的基礎上還要增加5-10mm，以防止大小齒輪因裝配誤差產生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小而增大輪齒的工作載荷。 </p><p><b>　?。╝）</b></p>

58、<p><b>　　（b）</b></p><p><b>　　圖3-1：各種齒輪</b></p><p>　　圖3-2：齒輪三維模型效果圖</p><p>　　圖3-3:齒輪嚙合效果圖</p><p>　　3.2齒輪傳動的失效形式</p><p>　　3.2.1齒

59、輪傳動出現不同失效形式的原因</p><p>　　在實際的應用中，由于齒輪傳動的方式有開式、半開式和閉式，齒面硬度有軟齒面、硬齒面，齒輪轉速有高與低，載荷有輕與重之分，所以齒輪常會出現各種不同的失效形式。</p><p>　　3.2.2何為齒輪傳動的失效</p><p>　　齒輪在傳動過程中，發(fā)生輪齒折斷、齒面損壞等現象，從而失去其工作能力。這種現象稱為齒輪輪齒的失

60、效。而齒輪傳動的是靠輪齒的嚙合來傳動運動和力的，齒輪的輪齒是傳動的關鍵部位，也是齒輪的薄弱環(huán)節(jié)，因此輪齒失效是齒輪常見的主要失效形式。</p><p>　　3.2.3齒輪傳動的主要失效形式、造成的影響及預防措施</p><p>　　輪齒的失效分為齒體損傷和齒面損傷。齒體損傷主要為輪齒折斷，而齒面損傷又分為齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損和齒面塑性變形。</p><p>

61、　?。?）輪齒折斷：是指齒輪的一個或多個齒的整體或局部的折斷，輪齒折斷有兩種：一種是疲勞折斷，另一種是過載折斷。</p><p><b>　　何為輪齒折斷</b></p><p>　　是指齒輪的一個或多個齒的整體或局部的折斷。</p><p><b>　　輪齒折斷的分類</b></p><p>　　

62、輪齒折斷有兩種：一種是疲勞折斷，另一種是過載折斷。</p><p><b>　　發(fā)生的場合</b></p><p>　　齒寬較小的直齒圓柱齒輪往往產生整體折斷。如果輪齒寬度過大，由于制造、安裝的誤差使其局部受載過大時，會造成了局部折斷。</p><p>　　提高輪齒抗折斷能力的措施</p><p>　　提高輪齒抗折斷能力

63、的措施有很多，如增大齒根圓角半徑，消除該處的加工刀痕以降低齒根的應力集中；增大軸及支承件的剛度以減輕齒面局部過載的程度；對輪齒進行噴丸、輾壓等冷作處理以提高齒面硬度、保持芯部的韌性等。</p><p>　　圖3-4：齒輪輪齒折斷效果圖</p><p><b>　　（2）齒面點蝕</b></p><p><b>　　何為齒面點蝕<

64、/b></p><p>　　輪齒進入嚙合時，輪齒齒面接觸處在法向力的作用下將產生很大的接觸應力，脫離嚙合后接觸應力即消失。對齒廓工作面上某一固定點來說，它受到的是近似于脈動變化的接觸應力。如果接觸應力超過了齒輪材料的接觸疲勞極限時，齒面上會出現不規(guī)則的金屬微粒剝落，形成點狀的凹坑，這種現象稱為齒面疲勞點蝕。</p><p><b>　　其造成的影響</b><

65、;/p><p>　　點蝕使齒輪工作表面損壞，破壞了齒輪的正常工作，造成傳動不平穩(wěn)和產生噪音，輪齒嚙合情況會逐漸惡化而報廢。</p><p><b>　　發(fā)生的部位</b></p><p>　　齒輪在嚙合的過程中，因輪齒在節(jié)線出處嚙合時，同時嚙合齒對數少，接觸應力大，且在節(jié)點處齒廓相對滑動速度小，油膜不易形成，摩擦力大，故點蝕首先出現在節(jié)線附近的齒根

66、表面上，然后向其它部位擴展。</p><p><b>　　發(fā)生的場合</b></p><p>　　一般閉式傳動中的軟齒面較易發(fā)生點蝕失效，設計時應保證齒面有足夠的解除強度。而在開式齒輪傳動中，由于磨損嚴重，點蝕還來不及出現或擴展即被磨損掉。所以一般看不到點蝕現象。</p><p><b>　　預防措施</b></p&

67、gt;<p>　　為過早出現點蝕，可采用提高齒面硬度、增大潤滑油的粘度、降低表面粗糙度指、在許可范圍內采用大的變位系數等措施。</p><p>　　圖3-5：齒輪齒面點蝕效果圖</p><p><b>　?。?）齒面膠合</b></p><p><b>　　何為齒面膠合</b></p><

68、p>　　在重載傳動中，齒輪副兩齒輪工作齒面發(fā)生金屬表面直接接觸而形成“焊接”的現象，稱為齒面膠合。</p><p>　　2)產生齒面膠合的原因</p><p>　　產生齒面膠合的原因主要有以下兩個：</p><p>　　高速重載的閉式齒輪傳動中，由于散熱不好，導致潤滑油油溫升高，黏度降低，易于從兩齒面接觸處被擠出來，使工作齒面間的潤滑油膜破壞。</p&g

69、t;<p>　　低速重載的齒輪傳動中，由于工作面之間壓力好大，潤滑油膜不易形成。</p><p><b>　　發(fā)生的部位</b></p><p>　　當兩工作齒面金屬直接接觸時，齒面的瞬時高溫會使較軟的齒的齒面金屬熔焊在與之相嚙合的另一齒輪的齒面上，并因相對滑動在較軟的工作齒面上形成與滑動方向一致的撕裂溝痕。傳動中，靠近節(jié)線的齒頂表面處相對速度較大，因此

70、膠合常發(fā)生在該部位齒面發(fā)生膠合現象后，將嚴重損壞而失效。</p><p>　　3)防止發(fā)生齒面膠合的措施</p><p>　　為防止產生齒面膠合，對于低速傳動，可采用黏度大的潤滑油；對于高速傳動，則可采用硫化潤滑油，使其較牢固地吸附在齒面上而不易被擠掉。提高齒面的硬度和減小輪齒表面粗糙度，以及兩齒輪選擇不同材料（親和力?。┑却胧┚蓽p少膠合的發(fā)生。 </p><p>

71、;<b>　　齒面磨損</b></p><p><b>　　1）什幺是齒面磨損</b></p><p>　　齒輪齒面的磨損是齒輪傳動的常見失效形式，齒面磨損是齒輪在嚙合傳動過程中，輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現象。</p><p><b>　　2）齒輪磨損的分類</b></p><

72、;p>　　齒輪的磨損有兩種形式：一種是磨粒磨損，另一種是跑合磨損。</p><p><b>　　產生齒面磨損的原因</b></p><p>　　① 齒輪在傳動過程中，工作齒面間有相對滑動。</p><p>　?、?齒面不干凈，有金屬微粒、塵埃、污物等進入輪齒嚙合區(qū)域，引起磨粒磨損。</p><p><b>

73、;　?、?潤滑不好。</b></p><p><b>　　齒面磨損造成的影響</b></p><p>　　齒輪在傳動過程中，輪齒不僅受到載荷的作用，而且接觸的兩齒面間有相對滑動，使齒面發(fā)生磨損。齒面磨損的速度符合預定的設計期限，則視為正常磨損。正常磨損的齒面很光亮，沒有明顯的痕跡，在規(guī)定的磨損量內。并不影響齒輪的工作。但是齒面磨損嚴重時。漸開線輪廓被破壞，

74、使齒側間隙增大引起傳動不平穩(wěn)，使齒輪不能正確嚙合，傳動失真，產生沖擊和噪音，甚至會因齒厚過度磨薄發(fā)生輪齒折斷。</p><p>　　不同磨損產生的不同場合</p><p>　　磨粒磨損是潤滑條件不好、易受灰塵及有害物質侵襲的開式齒輪傳動的主要失效形式之一；而對于新的齒輪傳動裝置來說，在開始運轉期間由于齒面間的相互摩擦而產生的磨損，屬于跑合磨損，跑合對齒輪傳動是無害的。</p>

75、<p><b>　　預防及改進措施</b></p><p>　　為減少齒面磨損，應盡可能采用潤滑條件良好的閉式傳動，同時，提高齒面硬度，減小輪齒面表面粗糙度值。人們往往把磨損后的齒輪當作廢鋼處理掉，造成極大浪費而事實上，磨損后的齒輪仍可修復利用，而且修復后的齒輪有很多優(yōu)點。磨損后的齒形，為了滿足使用要求，可以采取如下措施：采用與原設計要求相同的刀具（即刀具的基本參數不變）將刀具向

76、齒輪中心移動一段距離（變位），然后按照原設計的加工方法加工該齒輪。再根據變位齒輪的要求加工配對齒輪，這樣磨損的齒輪又可重新使用，并不影響傳動精度。</p><p>　　圖3-6：齒輪磨損圖</p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><p>　　圖

77、3-7：齒輪磨損圖</p><p><b>　　（5）齒面塑性變形</b></p><p>　　1）何為齒面塑性變形</p><p>　　若齒輪材質較軟，輪齒表面硬度不高，當工作于低速重載和頻繁啟動情況下，在較大的載荷和摩擦力的作用下，可能使齒面金屬沿相對滑動方向局部的塑形流動，出現齒面的塑性變形。</p><p>&l

78、t;b>　　造成的影響</b></p><p>　　齒面的塑性變形破壞了齒廓的形狀，導致齒輪輪齒失效。主動輪上所受的摩擦力背離節(jié)線指向齒頂和齒根，產生塑性變形時在齒面沿節(jié)線處形成凹溝；從動輪上所受摩擦力則分別由齒根指向節(jié)線，產生塑性變形時在齒面沿節(jié)線出形成凸棱。塑性變形嚴重時，在齒頂邊緣出會出現飛邊（主動輪上更容易出現）。 </p><p><b>　　預防措

79、施</b></p><p>　　提高齒面硬度和采用較高的潤滑油，有利于防止或減輕齒面的塑性變形。</p><p>　　圖3-8：齒面塑形變形效果圖</p><p>　　圖3-9：齒輪各種失效形式圖</p><p><b>　　3.3 本章小結</b></p><p>　　本章對齒輪傳動

80、進行了簡單的介紹，著重分析齒輪傳動的主要失效形式，并詳細闡述了各種失效形式產生的原因，造成的影響以及預防和改進措施，對齒輪傳動的失效形式進行了比較系統(tǒng)的分析。</p><p>　　第四章 齒輪三維模型的建立以及應力分析</p><p>　　4.1齒輪三維模型的建立和分析</p><p>　　4.1.1齒輪三維模型建立的方法</p><p>　

81、　齒輪三維模型建立的方法很多，運用多種制圖軟件如CAD、UG、PROE等，可以制作出齒輪的三維模型。</p><p>　　運用UG軟件畫出的齒輪步驟如下：</p><p>　　第一步：啟動UG，單位為毫米。進入建模模塊，設置操作的工作環(huán)境。</p><p>　　第二步：選擇【插入】/【設計特征】/【圓柱體】命令，采用直徑、高度方式創(chuàng)建如圖4-1所示圓柱體。圓柱體的尺

82、寸為：直徑104（齒頂圓直徑）；高度35（齒輪厚度）。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　第三步：選擇【插入】/【設計特征】/【圓臺】命令，如圖4-2所示設置參數，使圓臺的圓心與圓柱體截面圓的圓心重合，則生成如圖4-3所示圓臺。同樣操作，在圓柱體的對應側也生成相同的圓臺，如圖4-4所示。</p><p><

83、b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　圖4-3</b></p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　第四步：選擇【插入】/【草圖】命令，繪制如圖4-5所示草圖，是草圖的圓心與圓臺的圓心重合。</p><p><b>　　圖4-5<

84、;/b></p><p>　　第五步：選擇【文件】/【完成草圖】命令，退出草圖編輯狀態(tài)。</p><p>　　第六步：選擇【插入】/【設計特征】/【拉伸】命令。選擇前面創(chuàng)建的草圖，如圖4-6所示設置參數，設定布爾運算為差，單擊確定按鈕，則生成拉伸實體如圖4-7所示。</p><p><b>　　圖4-6</b></p>&l

85、t;p><b>　　圖4-7</b></p><p>　　第七步：選擇【插入】/【細節(jié)特征】/【倒角】命令，選擇倒角邊線，設置倒角邊長為2，單擊確定按鈕，則生成倒角如圖4-8所示。</p><p><b>　　圖4-8</b></p><p>　　第八步：同上一步操作，在模型的另一側也生成相同的倒角。</p&g

86、t;<p>　　第九步：選擇插入草圖命令，繪制如圖4-9所示草圖，即為齒槽形狀。</p><p><b>　　圖4-9</b></p><p>　　第十步：選擇【文件】/【完成草圖】命令，退出草圖編輯狀態(tài)。</p><p>　　第十一步：選擇插入設計特征拉伸命令，選取前面繪制的齒槽截面，深度為35，則生成單個齒槽如圖4-10所示。

87、</p><p><b>　　圖4-10</b></p><p>　　第十二步：選擇插入關聯(lián)復制實例命令，系統(tǒng)彈出實例對話框。單擊環(huán)形陣列按鈕，選擇剛才創(chuàng)建的齒槽，設置參數：齒數為24，單擊確定按鈕，系統(tǒng)彈出對話框，選定Z軸為陣列中心，并對齒輪進行必要的細化處理。單擊確定按鈕，則生成齒槽如圖4-11所示。至此完成齒輪的創(chuàng)建。</p><p>&

88、lt;b>　　圖4-11</b></p><p>　　圖4-12：運用UG創(chuàng)建的一對嚙合的齒輪</p><p><b>　　4.2應力分析</b></p><p>　　4.2.1網格的建立</p><p><b>　　網格劃分的基本原則</b></p><p&g

89、t;<b>　　1）有限元網格概論</b></p><p>　　有限元分析是使用有限元方法來分析靜態(tài)或動態(tài)的物理物體或物理系統(tǒng)。在這種方法中一個物體或系統(tǒng)被分解為由多個相互聯(lián)結的、簡單、獨立的點組成的幾何模型。在這種方法中這些獨立的點的數量是有限的，因此被稱為有限元。有限元分析的基本過程可分為三個階段：有限元模型的建立(即前處理)、有限元解算、結果處理和評定(即后處理)。</p>

90、<p>　　2）有限元網格劃分的原則</p><p>　　有限元方法的基本思想是將結構離散化，即對連續(xù)體進行離散化，利用簡化兒何單元來近似逼近連續(xù)體，然后根據變形協(xié)淵條件綜合求解。所以有限元網格的劃分一方面要考慮對各物體幾何形狀的準確描述，另一方面也要考慮變形梯度的準確描述。為正確、合理地建立有限元模型，這里介紹劃分網格時應考慮的一些基本原則。</p><p><b&g

91、t;　　3）網格數量</b></p><p>　　網格數量直接影響汁算精度和計算時耗。所以在確定網格數量時應權衡這兩個因素綜合考慮。</p><p><b>　　4）網格密度</b></p><p>　　單元階次與有限元的計算精度有著密切的關聯(lián)，單元一般具有線性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的單元稱為高階單元。高階單元的曲線

92、或曲面邊界能夠更好地逼近結構的曲線和曲面邊界，且高次插值函數可更高精度地逼近復雜場函數，所以增加單元階次可提高計算精度。但增加單元階次的同時網格的節(jié)點數也會隨之增加．在網格數量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模相對較大，因此在使用時應權衡考慮計算精度和時耗。為了方便分析，采用了低階單元。</p><p><b>　　5）網格形狀</b></p><p>　　單元的邊

93、長比、面積比或體積比以正三角形、正四面體、正六面體為參考基準，理想單元的邊長比為1，線性單元可接受的邊長比小于3，二次單元小于10。</p><p><b>　　網格生成的方法</b></p><p>　　有限元網格劃分方法難以準確分類，分類方法有很多，可以按產生的單元類型、生成單元的維數、自動化程度等進行分類。</p><p><b&g

94、t;　　4.2.2應力分析</b></p><p><b>　　軸的應力分析</b></p><p><b>　　1）軸的網格建立</b></p><p>　　圖4-13軸的示意圖</p><p>　　圖4-14：生成的網格圖</p><p>　　圖4-15：生成

95、的網面及2D網格圖</p><p><b>　　2）軸的應力分析</b></p><p>　　（a） （b） （c）</p><p>　　圖4-16：從不同角度看軸的網格圖</p><p>　　從圖4-16可以看出：1.網格從中心向外是呈網狀分布，由密集

96、到疏松。</p><p>　　2.每個單元的長寬比在1∶1到1∶3之間。</p><p>　　3.軸徑相同的區(qū)域網格分布是均勻的。</p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><p>　　圖4-17：軸應力分布圖</p

97、><p>　　從圖4-17可以看出：1.軸徑不同區(qū)域所受的應力大小不同，越靠近受力處，應力 </p><p><b>　　越大。</b></p><p>　　2.該軸所受的極限應力大約是2.992Mpa。</p><p><b>　　齒輪的應力分析</b></p><p>　　圖

98、4-18：主動齒輪應力分布圖</p><p>　　從圖4-18可以看出：1.主動齒輪所受最大應力值為306Mpa。</p><p>　　2.由于磨損嚴重，局部應力超過安全應力278Mpa，主動齒輪將失效。</p><p>　　圖4-19：從動齒輪的應力分布圖</p><p>　　從圖4-19可以看出：1.從動齒輪所受的最大應力值為192Mpa

99、。</p><p>　　2.由于輕微磨損，最大應力值滿足安全應力值的要求。</p><p>　　注：變形的最大位移量為0.087mm。齒輪磨損嚴重，超過該極限值，齒輪將發(fā)生失效。</p><p>　　圖4-20：全體變形分布圖</p><p>　　注：1.節(jié)點數110421，單元數68388。</p><p>　　2.

100、模型材料：材料：20CrMnTi</p><p>　　彈性模量：207Gpa</p><p>　　密度:7850kg/m3</p><p><b>　　泊松比:0.25</b></p><p>　　屈服強度：834Mpa</p><p>　　圖4-21：單元分割圖</p><p

101、>　　Z rotation：free Other：fix</p><p><b>　　圖4-22：加載圖</b></p><p>　　（3）齒輪的壽命計算</p><p>　　1）齒輪的損傷度計算</p><p>　　齒輪的材料為20CrMnTi，其參數為： 屈服強度：834Mpa</p><

102、p>　　應力幅下循環(huán)一次所造成的損傷度：</p><p>　　M </p><p>　　在多級應力幅下的損傷度：</p><p>　　得D=0.00456</p><p><b>　　以上各式中:</b></p><p><b&g

103、t;　　一應力幅值；</b></p><p><b>　　一疲勞極限;</b></p><p>　　一在應力幅作用下破壞的循環(huán)次數;</p><p>　　一與疲勞極限對應的循環(huán)級；</p><p>　　一 應力幅對應的實際循環(huán)次數;</p><p>　　一與對應的破壞的循環(huán)次數<

104、/p><p><b>　　齒輪的疲勞壽命：</b></p><p>　　得t=87719.3小時=10年</p><p><b>　　4.3本章小結</b></p><p>　　本章線運用UG創(chuàng)建出齒輪，然后運用有限元的思想和方法對軸和齒輪進行了應力分析。對齒輪失效進行了定量的分析，比較精確計算出了齒輪

105、的壽命。</p><p><b>　　第五章 結論</b></p><p>　　此次畢業(yè)設計使我受益匪淺，畢業(yè)論文設計是四年所學專業(yè)知識的綜合運用，同時也是一次對理論知識的實踐。通過畢業(yè)設計我們學習的專業(yè)知識又得到了一次鞏固和加深。</p><p>　　在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等途徑，自己學到了不

106、少知識。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。這次的論文設計中定存在一些問題，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益！</p><p>　　此次畢業(yè)設計從最初的選題，開題到完成設計。其間，查找資料，曹俊老師指導，與同組同學交流，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和提高。本課題是一個實際課題，

107、設計的內容包括開始的課題調研，課題的確定，參考資料的選擇和最后較長的設計過程，在這個設計過程中，我學到了很多不僅僅是專業(yè)知識方面的內容，更多的是解決問題的方法，如何將所學的知識運用到實際生活中去。</p><p>　　在這次的設計中，我認識到設計的思想是很重要的，怎樣來解決問題，用什么方法來解決，如何入手，都是在設計前必須要考慮好的問題，只有對整體的過程有一個清晰的思路，繼續(xù)進入具體的內容才會有方向，具體的操作再

108、聯(lián)系所學的知識和參考的知識，問題很快就能得到解決。</p><p>　　可以說我在我離校之際，我是用我最佳的狀態(tài)完成這份最后的作業(yè)！我很自信的對自己說：我無悔我的大學四年的光陰，無悔于我的父母，無悔于我得母校！在順利完成了大學本科學學業(yè)之時，對所有關心愛護幫助和支持我的人們致以深深的謝意和衷心的祝福！</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

109、<p>　　[1] 徐春艷. 機械設計基礎. 北京：北京理工大學出版社，2006</p><p>　　[2] 陳立德. 機械設計基礎. 北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[3] 付本國，張忠林，周家慶. UG NX 4.0三位造型設計應用范例. 北京：清華大學學出版社，</p><p><b>　　2006</b>

110、</p><p>　　[4] 劉小年，郭克希. 機械制圖（機械類、近機類）. 北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[5] 方晨. AutoCAD2006 中文版機械制圖實用教程. 上海：上?？茖W普及出版社，2007</p><p>　　[6] 路純紅，郭朝勇. AutoCAD2006 中文版機械制圖實例教程. 北京：清華大學出版社，2004</

111、p><p>　　[7] 于永泗，齊民. 機械工程材料. 大連：大連理工大學出版社，2003</p><p>　　[8] 趙少汁. 抗疲勞設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[9]《現代機械傳動手冊》編委會. 現代機械傳動手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[10] 姚衛(wèi)星. 結構疲勞壽命分析. 北京

112、：國防工業(yè)出版社，2 0 0 2</p><p>　　[11] 張春林. 機械創(chuàng)新設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[12] 徐錦康. 機械原理. 北京：機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[13] 沈蘊. 機械原理. 北京：機械工業(yè)出版社，1987</p><p>　　[14] 方昆凡. 工程材料手冊.

113、北京：北京出版社，2002</p><p>　　[15] 李春勝. 金屬材料手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[16] 于開平，周傳月. HyperMesh從入門到精通. 北京：科學出版社，2008</p><p>　　[17] 龍蔥，張光輝. 漸開線直齒輪嚙合過程中載荷及應力的計算機模擬 機械工 程學報. </p><

114、;p>　　1995，3 1( 5 ) : 39-44</p><p>　　[18]《齒輪手冊》編委會. 齒輪手冊（第二版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[19] 盛云，武保林. 齒輪傳動中嚙合沖擊的計算分析[J]. 機械設計，2005，22(7)：41-43</p><p>　　[20] 龍慧，張光輝，歐恒安. 漸開線直齒輪嚙合

115、過程中載荷及應力的計算機模擬[J]. 機械工 </p><p>　　程學報，1995，31(5)：39-44</p><p>　　[21] 孫月海，張策，葛楠. 含誤差的直齒輪的齒廓修形[J]. 機械工程學報，2003， 39(12)：</p><p><b>　　91-94</b></p><p>　　[22] 周長江

116、，唐進元，吳運新. 基于精確模型的齒根應力和變形的載荷歷程分析[J]. 機械設</p><p>　　計與研究，2004，20(3)：67-70</p><p>　　[23] 克拉蓋爾斯基ИB. 摩擦磨損計算原理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1982</p><p>　　[24] 王優(yōu)強，李鴻琦，佟景偉. 齒輪嚙入沖擊的彈流潤滑數值分析[J]. 潤滑與密封，2003