齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與仿真

孫冰心

【摘 要】由于齒輪傳動(dòng)有著傳動(dòng)精度高、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)功率穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以在各個(gè)機(jī)械行業(yè)中都獲得了廣泛地運(yùn)用。但是，因?yàn)辇X輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且齒輪傳動(dòng)運(yùn)行的環(huán)境也不好，經(jīng)常會(huì)使得齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障。這些故障問題給其生產(chǎn)效率帶來了非常大的影響，故障問題嚴(yán)重的話還會(huì)引起極大地安全事故。所以，大程度地降低齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中的故障問題是非常有必要的。本文主要對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障的原因和改進(jìn)對策以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡單的分析和研究，從而保障齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)能夠更加順利地進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)；故障模擬；綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)

隨著現(xiàn)社會(huì)科技的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備也逐漸向更加精密、高效化的方向發(fā)展，對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的要求也越來越高，不僅要求了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)能夠承受較大的載荷功率，還要求了其齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)自身要具備更加良好的可靠性，從而提升齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性。但是，如果在這個(gè)過程中，一旦發(fā)生故障問題，就將會(huì)給其產(chǎn)業(yè)帶來大的損失，所以對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷研究變得越來越重要。在傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪對于傳遞動(dòng)力和承受載荷而言，是非常重要的組成部分，由于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)速度快、運(yùn)行時(shí)間長，負(fù)荷率高，通常會(huì)給齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶來一定的影響，從而引發(fā)一些故障問題。對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)可以便于診斷和預(yù)測齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲特性，可以在某種程度上承受較猛烈的載荷沖擊，有充分的空間給齒輪進(jìn)行更換和檢測安裝，從而保障該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的穩(wěn)定性。

1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障的原因及改進(jìn)對策

1.1 齒輪受到損耗

齒輪受到損耗可以分為正常磨損、磨料磨損、干涉磨損、化學(xué)腐蝕四個(gè)方面。1）正常損耗的損傷特征有：齒面在傳動(dòng)過程中慢慢地被磨損，齒面就會(huì)從而磨失掉，同時(shí)表面呈現(xiàn)光亮現(xiàn)象。如果在此輪的表面上有金屬現(xiàn)象的磨損，那么，曲面上就會(huì)出現(xiàn)逐漸出現(xiàn)一條連續(xù)線，從而形成了中等磨損。造成正常磨損的原因是：由于正常磨損通常是屬于齒輪正常的跑合磨損，所以，當(dāng)齒輪發(fā)展成中等磨損時(shí)，就必須要考慮齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的工作速度、潤滑油的粘性度以及其運(yùn)行的載荷。正常損耗的改進(jìn)對策：定期地更換潤滑油，充分地考慮潤滑油的粘性和性能，盡量的降低油溫；2）磨料磨損的損傷特征：齒輪傳統(tǒng)如果出現(xiàn)錯(cuò)位情況，會(huì)產(chǎn)生劃痕，在齒輪傳動(dòng)運(yùn)行速度快的情況下，會(huì)造成過度磨損。造成磨料磨損的原因：潤滑油量少，潤滑油中摻雜有其他物質(zhì)或外來的微粒，都會(huì)引起齒輪面上造成磨損。磨料磨損的改進(jìn)對策：降低材料的粗糙度，注意潤滑油的密封度，并對潤滑油進(jìn)行定期地清潔過濾；3）干涉磨損的損傷特征：通常損傷部位都是在齒輪的頂部或者底部，這種損傷直接會(huì)導(dǎo)致齒輪頂部滾圓、其底部移位。造成干涉磨損的原因：齒輪頂部和底部的材料儲(chǔ)存量過多。干涉磨損的改進(jìn)對策：采取合適的潤滑冷卻，避免齒輪的安裝和制造出現(xiàn)問題；4）化學(xué)腐蝕的損傷特征：整個(gè)齒輪面出現(xiàn)凹痕現(xiàn)象。造成化學(xué)腐蝕的原因：化學(xué)反應(yīng)的影響?；瘜W(xué)腐蝕的改進(jìn)對策：合理地控制腐蝕磨損的速度，選擇正確的添加劑和潤滑油。

1.2 齒面受到疲勞

齒面疲勞可分為點(diǎn)蝕和片蝕兩部分。1）點(diǎn)蝕的損傷特征：材料顆粒的脫落會(huì)使得齒輪面上出現(xiàn)麻點(diǎn)現(xiàn)象，如果在擴(kuò)展速度快的情況下，就會(huì)造成大范圍的損傷面積，將損傷面進(jìn)行放大觀察，可以看到成片的麻點(diǎn)分布在齒輪面上。造成點(diǎn)蝕的原因：齒輪滾動(dòng)和滑動(dòng)兩者混合結(jié)合，直接會(huì)導(dǎo)致齒輪面出現(xiàn)點(diǎn)蝕的現(xiàn)象。點(diǎn)蝕的改進(jìn)對策：選擇粘性較高的潤滑油和高質(zhì)量的添加劑，提高材料的硬度、精度；2）片蝕的損傷特征：齒輪面上出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，脫落為碎片狀，脫落之后的齒輪會(huì)出現(xiàn)三角形狀的淺坑。造成片蝕的原因：齒輪過載比較嚴(yán)重。片蝕的改進(jìn)對策：保證材料的純潔度，不摻加任何雜物，提高材料的均勻性，此外，還需要注意齒輪不要過載。

2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)是測定齒輪傳動(dòng)效率和承載能力的基本手段，齒輪對于各種機(jī)器而言是不可缺少的零件，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)是保證其機(jī)器性能和檢測的重要途徑，隨著現(xiàn)社會(huì)科技的不斷發(fā)展，人們創(chuàng)造了各種不同的機(jī)械，對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究，目前已經(jīng)成為了一個(gè)重點(diǎn)的研究方向。以下兩點(diǎn)是對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案的分析：

1）方案一：開放式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬開放式實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要是由齒輪裝置、原動(dòng)裝置和負(fù)載來組成的。開放式的實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)從實(shí)際上來講，就是將齒輪傳動(dòng)的功率轉(zhuǎn)換為由電動(dòng)機(jī)來傳遞功率，再通過實(shí)驗(yàn)裝置以及齒輪傳動(dòng)中所有的傳動(dòng)件傳到耗能裝置，從而形成加載裝置。開放式實(shí)驗(yàn)臺(tái)在加載完畢之后，所需的傳動(dòng)功率都消耗在加載裝置設(shè)備的運(yùn)行過程中。由于加載裝置設(shè)備的消耗功率比較大，所以，加載裝置就只適合用于工作周期短、消耗功率低的實(shí)驗(yàn)裝置中。

2）方案二：封閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬封閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要分為機(jī)械封閉和電封閉兩類。機(jī)械封閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要是由陪試齒輪箱、轉(zhuǎn)速傳感器、電動(dòng)機(jī)裝置、加載裝置、被試齒輪箱五部分組成，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)中所有的零件都安裝于工作臺(tái)之上，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，使用兩個(gè)相同速比的被試齒輪箱。在被測對象的中心距不在一個(gè)時(shí)間段的情況下，要將被試齒輪的中心距進(jìn)行改變，從而保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的傳動(dòng)路線不會(huì)受到影響。這樣的設(shè)計(jì)方法不僅可靠性強(qiáng)，而且整個(gè)操作過程也比較方便，具有著多種不同的優(yōu)點(diǎn)。電封閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要是由電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率來帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)此輪箱的運(yùn)行功率，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率，之后再由發(fā)電機(jī)返回到電動(dòng)機(jī)，從而形成電封閉系統(tǒng)，電封閉系統(tǒng)在某種程度上可以節(jié)約百分之五十左右的電能率。但是，由于發(fā)電機(jī)的功率和發(fā)電機(jī)的功率都與實(shí)驗(yàn)齒輪箱的功率相等，所以，電封閉式的實(shí)驗(yàn)臺(tái)也不適合采用功率過大的實(shí)驗(yàn)裝置。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)社會(huì)科技的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備也逐漸向更加高效的方向發(fā)展，對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的要求也比以往高了許多，既要求了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)能夠承受較大的載荷功率，還要求了其齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)自身要具備良好的可靠性。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)是保證其機(jī)器性能和檢測的重要途徑，對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究是目前必須要重視的問題。綜上所述，本文主要對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障的原因和改進(jìn)對策以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡單的分析和闡述。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦大同，周志剛，楊軍，等.隨機(jī)風(fēng)載作用下風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，48（3）：1-8.

[2]王靖岳，王浩天，郭立新，等.隨機(jī)外干擾下齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的混沌振動(dòng)分析[J].振動(dòng)、測試與診斷，2014，34（6）：1099-1104.

[3]王峰，方宗德，李聲晉，等.滾動(dòng)軸承支撐人字齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞過程分析研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，50（3）：25-32.

[4]周志剛，徐芳.考慮強(qiáng)度退化和失效相關(guān)性的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，52（11）：80-87.

[5]丁慶中，李以農(nóng)，張鋒，等.基于自適應(yīng)濾波算法的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49（15）：74-81.DOI：10.3901/JME.2013.15.074.

[6]魏靜，孫清朝，孫偉，等.高速機(jī)車牽引齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及非線性因素影響研究[J].振動(dòng)與沖擊，2012，31（17）：38-43，50.

[責(zé)任編輯：田吉捷]