齒輪性能綜合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
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學(xué) 號(hào):
班 級(jí):
專 業(yè): 機(jī)械
指導(dǎo)教師:
齒輪性能綜合試驗(yàn)臺(tái)
開題報(bào)告
1. 本課題研究的目的和意義
2 齒輪綜合性能試驗(yàn)臺(tái)研究目的
該綜合試驗(yàn)臺(tái)集機(jī)、電、液、氣為一體,通過(guò)扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、噪聲、壓力等傳感器實(shí)時(shí)采集和處理各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),對(duì)其綜合性能進(jìn)行測(cè)試。
2 我國(guó)齒輪傳動(dòng)制造行業(yè)的現(xiàn)狀分析及與國(guó)外相關(guān)行業(yè)對(duì)比
目前,我國(guó)以上海汽車齒輪總廠、陜西法士特公司為代表的骨干齒輪制造企業(yè)和研究所,完成汽車齒輪、摩托車齒輪、工程機(jī)械齒輪傳動(dòng)、農(nóng)機(jī)齒輪、工業(yè)齒輪變速箱和高速重載齒輪、特殊專用齒輪傳動(dòng)、齒輪專用裝備等各類產(chǎn)品的技術(shù)引進(jìn)和消化,使我國(guó)齒輪傳動(dòng)制造業(yè)近十年得到了跨越式的發(fā)展。
首先,汽車手動(dòng)變速箱(含重、中、輕、微),轎車變速箱,摩托車齒輪、工程機(jī)械換擋變速箱,大、中型農(nóng)機(jī)變速傳動(dòng)的配套,已經(jīng)基本立足國(guó)內(nèi)生產(chǎn),基本滿足了主機(jī)廠的配套需要,并已經(jīng)有部分齒輪件出口或變速箱出口。在汽車自動(dòng)變速箱方面,目前仍被進(jìn)口產(chǎn)品控制。
其次,在車輛驅(qū)動(dòng)橋、主被動(dòng)螺旋錐齒輪、直齒錐齒輪及輪邊減速機(jī)方面,大部分能滿足國(guó)內(nèi)配套需要。以東風(fēng)車橋?yàn)榇淼尿?qū)動(dòng)橋與錐齒輪產(chǎn)業(yè)正在整合重組發(fā)展,已經(jīng)看到快速發(fā)展的希望。
第三,在工業(yè)通用變速箱領(lǐng)域,SEW等一批國(guó)外獨(dú)資企業(yè)的進(jìn)入激活了中國(guó)工業(yè)通用變速箱企業(yè)為代表,在產(chǎn)品系列化、模塊化、質(zhì)量與技術(shù)水平方面,最近五年有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,形成了與國(guó)際品牌的激烈競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的部分產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際水平,有部分產(chǎn)品已經(jīng)出口歐美。
第四,在高速重載齒輪傳動(dòng)制造方面,我國(guó)有已南京高精齒輪股份有限公司(南京高速齒輪箱廠)、重慶齒輪箱廠、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)、鄭州機(jī)械研究所、洛陽(yáng)中重減速機(jī)公司、沈陽(yáng)礦山減速機(jī)公司為代表的企業(yè)。這些企業(yè)在引進(jìn)技術(shù)的過(guò)程中,為我國(guó)大型成套裝備配套與船舶工業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。
第五,特殊、專用車輪傳動(dòng)方面,如非圓齒輪、塑料齒輪、粉末冶金齒輪、小模數(shù)齒輪等,我國(guó)目前沒有形成龍頭企業(yè),企業(yè)的技術(shù)潛力尚待發(fā)揮。
第六,齒輪專用裝備方面,近五年來(lái)民營(yíng)企業(yè)發(fā)展較快,國(guó)有企業(yè)發(fā)展比較慢。大多數(shù)國(guó)有齒輪裝備制造企業(yè)的裝備可靠性指標(biāo)進(jìn)步較慢,致使齒輪行業(yè)的大部分主導(dǎo)精加工裝備仍是以進(jìn)口為主。部分齒輪企業(yè)裝備國(guó)產(chǎn)化的希望主要有:秦川機(jī)床廠的蝸桿砂輪磨齒機(jī);重慶機(jī)床廠、南京二機(jī)長(zhǎng)的數(shù)控機(jī)床;螺旋錐齒輪磨齒機(jī)床的研制成功;天津元昊公司數(shù)控螺旋錐齒輪切齒機(jī)床的批量供貨;杭州天辰精密齒輪檢具、量具、夾具;長(zhǎng)城潤(rùn)滑油對(duì)齒輪行業(yè)的潤(rùn)滑市場(chǎng)服務(wù)。這些都讓我國(guó)齒輪行業(yè)看到了自立創(chuàng)新、自主發(fā)展的希望。
雖然前景令人振奮,但專家也指出,同歐、美、日相比,中國(guó)齒輪行業(yè)還存在一定差距,主要表現(xiàn)為:自主創(chuàng)新能力不足、新品開發(fā)慢。如在汽車自動(dòng)變速箱方面,目前仍被進(jìn)口產(chǎn)品控制;在特殊、專用齒輪傳動(dòng)方面,我國(guó)目前還沒有形成龍頭企業(yè),企業(yè)的技術(shù)潛力尚待發(fā)揮。尤其是塑料齒輪在國(guó)外的應(yīng)用越來(lái)越普遍,但在我國(guó)并未得到應(yīng)有重視,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后世界水平;國(guó)產(chǎn)齒輪裝備水平從整體上看,仍與歐、美、日存在較大差距,特別是高端產(chǎn)品、自動(dòng)化產(chǎn)品不足,齒輪行業(yè)的大部分主導(dǎo)精加工裝備仍以進(jìn)口為主。此外還存在著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質(zhì)有待提高的問(wèn)題。
2. 課題任務(wù)
檢測(cè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)顯示、存儲(chǔ)及輸出,并根據(jù)預(yù)先輸入計(jì)算機(jī)的分組參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量性能判斷。
本試驗(yàn)臺(tái)也可用于研究汽車各種系列前、中、后橋總成的制動(dòng)器制動(dòng)性能測(cè)試與磨合試驗(yàn),并能夠?qū)蚩偝蛇M(jìn)行綜合性能的在線檢測(cè)。
通過(guò)制動(dòng)器磨合以及增減砝碼來(lái)改變軸承游隙和齒輪精度試驗(yàn),從而獲得扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、噪聲、壓力等傳感器實(shí)時(shí)采集和處理各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù);并且對(duì)多路傳感器信號(hào)通過(guò)串、并口的同時(shí)采集及抗干擾措施。
3. 本設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求
l 齒輪傳動(dòng)精度影響
輪齒加工時(shí),由于輪坯、刀具在機(jī)床上的安裝誤差,機(jī)床和刀具的制造誤差以及加工時(shí)所引起的振動(dòng)等原因,加工出來(lái)的齒輪存在著不同程度的誤差。加工誤差大、精度低,將影響齒輪的傳動(dòng)質(zhì)量和承載能力;反之,若精度要求過(guò)高,將給加工帶來(lái)困難,提高制造成本。因此,根據(jù)齒輪的實(shí)際工作條件,對(duì)齒輪加工精度提出適當(dāng)?shù)囊笾陵P(guān)重要。
我國(guó)國(guó)標(biāo)GB10095-88中,對(duì)漸開線圓柱齒輪規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí),第l級(jí)精度最高,第12級(jí)最低。齒輪精度等級(jí)主要根據(jù)傳動(dòng)的使用條件、傳遞的功率、圓周速度以及其它經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求決定。6級(jí)是高精度等級(jí),用于高速、分度等要求高的齒輪傳動(dòng),一般機(jī)械中常用7~8級(jí),對(duì)精度要求不高的低速齒輪可使用9~12級(jí)。
齒輪每個(gè)精度等級(jí)的公差根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布均勻性等三方面要求,劃分成三個(gè)公差組,即第I公差組、第II公差組、第III公差組。在一般情況下,可選三個(gè)公差組為同一精度等級(jí),但也容許根據(jù)使用要求的不同,選擇不同精度等級(jí)的公差組組合。第II公差級(jí)精度等級(jí)6~9級(jí)的選擇可參閱下表,第III公差組一般不得低于第II公差組的精度等級(jí),第I公差組和第III公差組的精度等級(jí)可參閱有關(guān)手冊(cè)加以確定。
齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙是指一對(duì)齒輪在嚙合傳動(dòng)中,工作齒廓相互接觸時(shí),在兩基圓柱的內(nèi)公切面上,兩個(gè)非工作因廓之間的最小距離jn。規(guī)定側(cè)隙,可避免因制造、安裝誤差以及熱膨脹或承載變形等原因而導(dǎo)致輪齒卡住。合適的側(cè)隙可通過(guò)適當(dāng)?shù)凝X厚極限偏差和中心距極限偏差來(lái)保證,齒輪副的實(shí)際中心距越大,齒厚越小,其側(cè)隙就越大。
l 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲分析
??在傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)類產(chǎn)品(如工業(yè)減速箱、汽車變速器等)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,人們往往只注重功能的實(shí)現(xiàn)和工作的可靠性,很少關(guān)心整個(gè)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲問(wèn)題。但隨著人們對(duì)工作和生活環(huán)境舒適度要求的不斷提高,噪聲問(wèn)題也隨之愈發(fā)凸顯出來(lái)。
為從設(shè)計(jì)角度出發(fā)降低齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲,我們就應(yīng)首先來(lái)分析一下齒輪系統(tǒng)噪聲的種類和發(fā)生機(jī)理。
??? ?在齒輪系統(tǒng)中,根據(jù)機(jī)理的不同,可將噪聲分成加速度噪聲和自鳴噪聲兩種。一方面,在齒輪輪齒嚙合時(shí),由于沖擊而使齒輪產(chǎn)生很大的加速度并會(huì)引起周圍介質(zhì)擾動(dòng),由這種擾動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射稱為齒輪的加速度噪聲。另一方面,在齒輪動(dòng)態(tài)嚙合力作用下,系統(tǒng)的各零部件會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),這些振動(dòng)所產(chǎn)生的聲輻射稱為自鳴噪聲。
???? 對(duì)于開式齒輪傳動(dòng),加速度噪聲由輪齒沖擊處直接輻射出來(lái),自鳴噪聲則由輪體、傳動(dòng)軸等處輻射出來(lái)。對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng),加速度噪聲先輻射到齒輪箱內(nèi)的空氣和潤(rùn)滑油中,再通過(guò)齒輪箱輻射出來(lái)。自鳴噪聲則由齒輪體的振動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)軸引起支座振動(dòng),從而通過(guò)齒輪箱箱壁的振動(dòng)而輻射出來(lái)。一般說(shuō)來(lái),自鳴噪聲是閉式齒輪傳動(dòng)的主要聲源。
???? 因此,齒輪系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)度不僅與輪齒嚙合的動(dòng)態(tài)激勵(lì)力有關(guān),而且還與輪體、傳動(dòng)軸.軸承及箱體等的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)態(tài)特性以及動(dòng)態(tài)嚙合力在它們之間的傳遞特性有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),齒輪系統(tǒng)噪聲發(fā)生的原因主要有以下幾個(gè)方面:
(1)齒輪設(shè)計(jì)方面 參數(shù)選擇不當(dāng),重合度過(guò)小,齒廓修形不當(dāng)或沒有修形,齒輪箱結(jié)構(gòu)不合理等。
(2)齒輪加工方面 基節(jié)誤差和齒形誤差過(guò)大,齒側(cè)間隙過(guò)大,表面粗糙度過(guò)大等。
? (3)輪系及齒輪箱方面 裝配偏心,接觸精度低,軸的平行度差,軸,軸承、支承的剛度不足,軸承的回轉(zhuǎn)精度不高及間隙不當(dāng)?shù)取?
(4)其他方面輸入扭矩。負(fù)載扭矩的波動(dòng),軸系的扭振,電動(dòng)機(jī)及其它傳動(dòng)副的平衡情況等。
l 齒輪試驗(yàn)臺(tái)的主要技術(shù)性能
? 試驗(yàn)控制方式:自動(dòng)測(cè)試循環(huán)/手動(dòng)調(diào)試
? 試驗(yàn)臺(tái)模擬加載狀態(tài):加載軸負(fù)荷0~5T,無(wú)級(jí)可調(diào)。
? 制動(dòng)器加載磨合;
? 運(yùn)行噪聲及異響檢測(cè)
? 試驗(yàn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)具有制動(dòng)參數(shù)和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、噪聲、溫升的參數(shù)采集、計(jì)算、判斷、顯示、存儲(chǔ)和輸出功能;
? 試驗(yàn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)具有產(chǎn)品工藝參數(shù)設(shè)定、修改功能;參數(shù)修改權(quán)限確認(rèn)功能;開機(jī)自檢功能;單步調(diào)試功能;程序檢測(cè)功能;
? 試驗(yàn)齒輪制造精度對(duì)軸線回轉(zhuǎn)精度、傳動(dòng)的震動(dòng)與噪聲的影響;
? 試驗(yàn)軸承精度、軸承預(yù)緊量和支撐剛度等對(duì)軸線回轉(zhuǎn)精度、傳動(dòng)的震動(dòng)與噪聲的影響;
? 試驗(yàn)齒輪潤(rùn)滑和軸承潤(rùn)滑對(duì)傳動(dòng)震動(dòng)溫升和噪聲的影響。
l 具體技術(shù)指標(biāo)要求如下
? 試驗(yàn)臺(tái)總功率: ~ 4KW;
? 砝碼 m=80kg;
? 帶輪增速比 u=1.5:1;
? 電機(jī)以變頻3000r/min無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行,輸出n=6000~7000r/min;
? V帶帶型:A型;
? 直齒輪:Z1=62,Z2=42;
4. 總體方案設(shè)計(jì)
該試驗(yàn)臺(tái)主要由機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)組成。其中機(jī)械系統(tǒng)主要包括:齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),傳感器的固定機(jī)構(gòu),軸承的固定機(jī)構(gòu),增速器機(jī)構(gòu),加載裝置,磁粉制動(dòng)器,皮帶輪,皮帶,交流電機(jī),聯(lián)軸器,扭矩傳感器,砝碼。測(cè)控系統(tǒng)主要包括:傳感器,信號(hào)調(diào)理裝置,信號(hào)采集與控制裝置和微機(jī)。
5. 設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
1—2周 了解該試驗(yàn)臺(tái)概況,閱讀相關(guān)文獻(xiàn),作英文翻譯;
3—4周 提出試驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)方案,進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì);
5—7周 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)﹑加工﹑裝配與調(diào)試;
8—9周 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)﹑選購(gòu)與裝配;
10—12周 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試;
13—14周 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,準(zhǔn)備答辯
6. 參考資料
1) 高春甫.機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).吉林大學(xué),2003
2) 王毅. 單片機(jī)器件應(yīng)用手冊(cè). 北京:人民郵電出版社,1995
3) 侯洪生,董國(guó)耀.機(jī)械工程圖學(xué).科學(xué)出版社,2001
4) 譚慶昌,趙洪志,曾平.機(jī)械設(shè)計(jì).吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1995
5) 瑞士KISTLER力傳感器及其信號(hào)調(diào)理儀使用說(shuō)明書
6) 蔣敦斌,李文英.非電量測(cè)量與傳感器應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社,2005
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齒輪性能綜合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
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試驗(yàn)臺(tái)
設(shè)計(jì)
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