[發(fā)明專利]一種減少齒輪傳動系統(tǒng)故障率的軸承、齒輪匹配設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810043838.3
• 申請日: 2008-10-14
• 公開（公告）號: CN101368613A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐德堯;王定曉;宋辛?xí)?/a>;李輝;張鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 唐德堯
• 主分類號: F16H1/06
• 分類號: F16H1/06
• 代理公司: 株洲市美奇知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王法男

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計制造方法，特別是一種能夠降低所設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)故障率的軸承和齒輪匹配的設(shè)計方法，屬于設(shè)備故障機理診斷技術(shù)范疇，用于在設(shè)計故障診斷策略時指導(dǎo)信息規(guī)律研究，以及進行齒輪傳動系統(tǒng)時優(yōu)化設(shè)計的指導(dǎo)，以降低傳動系統(tǒng)各該部件的故障發(fā)生率，從而提高傳動系統(tǒng)的安全性和使用壽命。

背景技術(shù)

現(xiàn)有齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要是依照傳動齒輪的傳統(tǒng)設(shè)計理論從轉(zhuǎn)速、載荷、傳動比等方面出發(fā)的，目的在于使設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)具有更高的傳動效率，并建立了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。但對于齒輪傳動系統(tǒng)的齒輪齒數(shù)和軸承的參數(shù)(例如軸徑D、中徑D0、滾子直徑d、滾子數(shù)Z)沒有做出合理規(guī)定，以致所設(shè)計的傳動系統(tǒng)的齒輪、軸和軸承出現(xiàn)某種故障多發(fā)的現(xiàn)象，例如：齒輪的齒疲勞斷裂，齒輪的齒溝裂紋，齒輪軸疲勞裂紋或切斷；軸承的外環(huán)或/和內(nèi)環(huán)集中疲勞、擦傷，某些滾子疲勞破損等等，特別是在那些存在齒輪嚙合徑向力意外增大因素的機械上，使得齒輪傳動系統(tǒng)因為故障頻發(fā)而大幅度地降低了系統(tǒng)的壽命，甚至因為突發(fā)故障而危及安全。

本發(fā)明人在開展機械故障診斷技術(shù)的多年研究中，從故障診斷科學(xué)的故障機理診斷出發(fā)，研究了齒輪傳動系統(tǒng)故障的形式和故障信息的特征。初衷是提出齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷的早期預(yù)警方法，而研究得到的有關(guān)齒輪傳動系統(tǒng)若干參數(shù)與故障模式之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，卻不僅為故障診斷提供了信息的關(guān)注點和診斷方法論的理論基礎(chǔ)，而且通過逆向推理，得到了防止上述齒輪傳動系統(tǒng)故障多發(fā)的軸承、齒輪匹配優(yōu)化設(shè)計方法，為量大面廣的制造業(yè)相關(guān)設(shè)計的創(chuàng)新和技術(shù)進步提供了新的技術(shù)途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：旨在提出一種全新的齒輪傳動設(shè)計理念，希望從設(shè)計的源頭上對構(gòu)成齒輪傳動系統(tǒng)的齒輪、轉(zhuǎn)動軸、以及與轉(zhuǎn)動軸匹配的軸承之間、傳動齒輪相互間的匹配原則進行設(shè)計理念上的探究，從而使運轉(zhuǎn)中的齒輪傳動系統(tǒng)的故障率降至最低。

這種減少齒輪傳動系統(tǒng)故障率的軸承、齒輪匹配設(shè)計方法，包括一對齒數(shù)為DC的大齒輪，齒數(shù)為XC的小齒輪的嚙合副；支承大齒輪的軸承3參數(shù)為：中徑DD0，滾子直徑Dd，滾子數(shù)DZ；支承小齒輪的軸承4參數(shù)為：中徑XD0，滾子直徑Xd，滾子數(shù)XZ；其特征在于：防止該齒輪傳動系統(tǒng)的齒輪、軸承滾子和軸承內(nèi)、外環(huán)發(fā)生對沖疲勞集中及防止齒輪載荷疲勞集中引發(fā)軸疲勞集中而產(chǎn)生裂紋的設(shè)計方法，應(yīng)當(dāng)遵循的結(jié)構(gòu)關(guān)系是：

A、防止大齒輪和軸承引發(fā)齒輪-滾子-外環(huán)對沖集中疲勞須符合：

大齒輪軸承外環(huán)承載點每轉(zhuǎn)過DWG個滾子時，齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)DWC與正整數(shù)之差為K＝0.1～0.9，建議值為K＝0.3～0.7，優(yōu)化值為K＝0.5；其中，DWG與DWC的結(jié)構(gòu)式為：

DWC＝2×DD0×DC/[(DD0-Dd)×DZ]×DWG????(D1)

K＝ABS[DWC-CINT(DWC)]

式中，DWG≤DZ，DWC≤DC，ABS代表取方框內(nèi)數(shù)值的絕對值，CINT代表將方框內(nèi)的數(shù)值四舍五入。

如果符合0.07＞K＞0的不允許范圍，則大齒輪軸承固定外環(huán)集中疲勞多發(fā)，疲勞的幾率DWJ＝1/DWG。

B、防止大齒輪的和軸承引發(fā)齒輪-滾子-內(nèi)環(huán)對沖集中疲勞須符合：

大齒輪軸承內(nèi)環(huán)承載點每轉(zhuǎn)過DNG個滾子時，齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)DNC與正整數(shù)之差為K＝0.1～0.9，建議值為K＝0.3～0.7，優(yōu)化值為K＝0.5；其中，DNG與DNC的結(jié)構(gòu)關(guān)系式為：

DNC＝2×DD0×DC/[(DD0+Dd)×DZ]×DNG??????(D2)

K＝ABS[DNC-CINT(DNC)]

式中，DNG≤DZ，DNC≤DC；ABS代表取方框內(nèi)數(shù)值的絕對值，CINT代表將方框內(nèi)的數(shù)值四舍五入；

如果符合0.07＞K＞0的不允許范圍，則大齒輪軸承固定內(nèi)環(huán)集中疲勞多發(fā)，疲勞的幾率DNJ＝1/DNG。

C、防止大齒輪集中疲勞須符合下式表示的結(jié)構(gòu)關(guān)系：

DCD＝DC/DWC≠INT(2～DC)????(D3)

DCD＝DC/DNC≠INT(2～DC)????(D4)

即大齒輪的齒數(shù)DC與上述DWC或DNC之比不等于2～DC的整數(shù)；

如果DCD為整數(shù)，則大齒輪集中疲勞數(shù)為DCD，各疲勞點之間的均勻間距為DWC個齒或DNC個齒；大齒輪疲勞集中率為DCJ＝2/DCD，其最大值為1。