车辆传动系统齿轮弯曲疲劳探讨

第25卷第5期湖 北 工 业 大 学 学 报2010年10月
Vol.25No.5 Journal of Hubei University of Technology Oct.2010
[收稿日期]2010-06-20
[作者简介]肖义成(1956-),湖北汉川人,湖北省机电研究设计院高级工程师,研究方向为车辆传动系统设计
[文章编号]1003-4684(2010)05 0026 03
车辆传动系统齿轮弯曲疲劳探讨
肖义成
(湖北省机电研究设计院,湖北武汉430070)
[摘 要]通过对圆柱标准齿轮与角度变位齿轮弯曲疲劳强度的计算,结合实例,比较分析两种齿轮轮齿根部的弯曲应力,找出它们的共性与差异,采用角度变位两齿轮齿根均变厚,可进一步提高承载能力,延长产品的使用寿命.[关键词]变速箱;齿轮传动系;角度变位;疲劳强度[中图分类号]T H132.4
[文献标识码]:A
拖拉机变速箱大多数采用齿轮装置,其质量决定了整车的使用年限,而齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度又决定了齿轮的使用寿命.其中:齿轮的接触疲劳取决于材质、热处理加工工艺、齿面硬度、齿面粗糙度以及润滑条件(这些条件也决定了齿轮抗磨损、点蚀、胶合、塑性变形的能力);而齿轮的弯
曲疲劳强度[1]
取决于材质、热处理加工工艺、齿轮精度、载荷等.本文在齿轮装置中心距、齿轮模数、齿形角不变的情况下,仅从角度变位方面对提高齿轮弯曲疲劳强度的问题予以探讨.
1 实例
湖北某机械厂生产的鄂 1000型割晒机,原设计用途为收割和运输,改造成可用于犁地的机械,其发动机由原来的2.2kW 加大到4.4kW.因为犁地比收割的负荷要大,导致变速箱的齿轮经常折断,厂方提出在保持原有的箱体加工线、齿轮的模数不变、各档位的速度基本不变的前提下,尽量加宽齿宽,采用材质好的材料,改变热处理工艺,以此提高齿轮弯曲疲劳强度.鄂1000型割晒机变速箱齿轮参数如表1所示.
2 分析与对策
2.1 齿轮受力情况的分析
若箱体加工线保持不变(即中心距不变),而因受变速箱空间的限制,仅能对齿轮加宽1m m (表
2).除此之外,单凭材质和提高热处理工艺的水平来提高齿轮根部弯曲疲劳强度的可能性不大.
表1 鄂1000型割晒机变速箱齿轮参数齿序齿数模数变位系数啮合角/( )中心距/mm 齿宽/mm Z 1
Z 21733 2.50.26-0.262062.588Z 3Z 42125 2.501-0.12057.599Z 5Z 61828 2.50.26-0.262057.599Z 7Z 82619 2.50.190.3523.1857.5912Z 9Z 102251 2.50.35-0.352091.2587.5912Z 11Z 12
1546
3
0.2-0.2
20
91.5
1414
图1 齿轮的受力示意图
而齿轮弯曲疲劳寿命的计算是以齿根弯曲应力作为计算参量,在计算齿根弯曲应力时,将轮齿简化为悬臂梁采用静强度法来计算的.如图1所示,当载荷作用于齿顶时,齿根所受弯曲力矩最大,齿轮弯曲疲劳寿命在实际计算
[2]
中,往往只考虑了P cos 产
生的弯曲应力,而忽略了P sin 产生的压应力以及由P cos 产生的剪切应力.齿轮实际受载为弯、压、剪组合,而这一部分载荷产生的应力在齿轮左侧起到了加大弯曲拉应力的作用,在齿轮右侧起到了减少弯曲应力的作用.在齿轮单面受载的情况下,一般只考虑到拉应力,其实,拖拉机传动系统的大部分齿轮,在减速、制动等工况下,传动轴上会频繁出现反扭而双面受载,从而造成大幅值载荷循环,而P sin 会起到强化这一幅值的作用[3 4].
2.2 提高齿轮疲劳强度的对策
因受结构和空间的限制,在其他条件不变的情况下,要提高齿轮齿根的弯曲强度,可以减少齿轮,采用角度变位(正变位系数)增大啮合角和增宽齿轮根部,来提高齿轮的弯曲强度.鄂1000型割晒机变速箱改进设计后齿轮参数见表2.
表2 鄂1000型割晒机变速箱改进设计后齿轮参数
齿序齿数模数变位系数啮合角
/( )
中心距
/mm
齿宽
/mm
Z1 Z218
31
2.5
0.74
-0.20
22.9462.5
9
9
Z3 Z419
26
2.5
0.54
23.1857.5
9
9
Z5 Z616
29
2.5
0.74
-0.20
23.1857.5
9
9
Z7 Z827
17
2.5
0.62
0.53
25.9957.5
9
12
Z9 Z1020
52
2.5
0.53
22.14
91.25
87.5
9
12
Z11 Z1214
45
3
0.7
0.42
24.6591.5
14
14
由图1~3,得齿轮最基础的齿根危险剖面的弯曲强度
b0=M/W=6h P co s /(bS2).(1)式中: 为齿轮的啮合角;S为轮齿根部的厚度;b为齿轮的轴向宽度;P为齿顶载荷;h为轮齿高.
由式(1)可分析出以下结果.
1)增大啮合角 可以降低齿轮的切向力P cos (如 =20 时,cos =0.9396; =25.99 ,cos = 0.8988),这样齿轮的切向力(弯曲应力)可以降低;
2)增大啮合角 可以增大齿轮齿根危险剖面面积,通过作图、计算标准齿轮与变位齿轮(啮合角 =25.99 )根部危险剖面的弯曲应力的比值.即:变位系数为0的弯曲应力
b0=M/W=6h P cos /(b0S02)=
(6h!0.936P)/(8!4.252)=6hP!0.0065;
变位系数为0.74m m的弯曲应力
b1=M/W=6h P cos /(b1S12)=
(
6h!0.8988P)/(9!5.762)=6hP!0.00301;两齿轮的弯曲应力的比值
= b0/ b1=
6hP!0.0065/6hP!0.00301=2.16.
由此可以看出标准齿轮根部危险剖面的弯曲应力是变位齿轮根部危险剖面的弯曲应力的2.16倍.而弯曲强度的比率!=( 0- 1)/ 1=116%.可见采用角度变位,齿轮根部危险剖面的弯曲强度提高了.
3 结论
通过以上分析,在修改鄂1000型割晒机变速箱齿轮设计时,仅采用角度变位齿轮的弯曲疲劳强度达到了修改后的设计要求.该机型顺利通过了1 500h耐久性生产考核试验,在后来的实际生产使用中也没有出现折齿现象,说明提高齿轮弯曲疲劳强度的方法较多,但在特定的条件下,采用角度变位,是较好的方法之一.合理的应用角度变位,啮合的两齿轮都可以采用正变位系数,使两啮合的齿轮根部均变厚,提高了齿轮的弯曲疲劳强度.
[ 参 考 文 献 ]
[1] 韩存仓,林士兰.拖拉机二轴齿轮接触疲劳损坏的研究
[J].材料热处理技术,2009(11):154-157.
[2] 陶 晋,卢 梅.20G rM nM o A渗碳淬火齿轮弯曲疲劳
强度的试验研究[J].机械设计,2001(4):23-24. [3] 袁 敏.2种圆柱齿轮接触强度计算的比较与分析
[J].煤矿机械,2009,30(12):5-8.
[4] 王国军,闫清东.齿轮弯曲疲劳寿命有限元计算方法研
究[J].农业装备与车辆工程,2006(1):40-43.
27
第25卷第5期 肖义成 车辆传动系统齿轮弯曲疲劳探讨
28湖 北 工 业 大 学 学 报2010年第5期 Vehicle Transmission System Gear Bending Fatigue
XIao Yi cheng
(H ubei P rovince E lectr ical and Mechanical Resear ch&D esign I nstitute,Wuhan430070,China)
Abstract:By calculating the fatigue of cy lindrical gears and ang le o f the g ear and analyzing their Bending stress comparatively,their Sim ilar ities and Differences are found o ut.It is concluded that deflection angle w ill thicken tw o gear too th root,and it can further increase carry ing capacity and ex tend product life. Keywords:gear bo x;gear transm ission system;angle deflection;the fatigue streng th
[责任编校:张 众]
(上接第13页)
The Design of a Embedded Remote Video
Surveillance System Based on H.264
ZH ANG H ong tao,WANG Yang,MAO H ong fei,YUAN Feng
(School of E lectr ical and Electr onic E ngin.,H ubei Univ.of T ech.,Wuhan430068,China)
Abstract:A H.264 based remote video surv eillance sy stem desig n is introduced in this paper.As H.264 pro vides a higher com pression rate than MPEG family abo ut a coding/deco ding metho d,it can significant ly enhance the bandw idth utilization.This paper describes bo th hardw are and softw are of the system.Par ticularly,it chooses mode o f VBR for the use of r ate control.T he data show that the system can effectiv ely impr ove the stability of video quality.
Keywords:rem ote video sur veillance sy stem;H.264;var iable bit rate;netw ork abstraction layer;ad v anced rise machines[责任编校:张岩芳]
(上接第22页)
A System of a Probe for Two dimensional Micro angle
Based on Invariant Light distance
YU Yong zhi1,GONG Fa yun1,2,AWNG Xuan ze1,3
(1School of Mechanical Eng ineer ing,H uBei Univ ersity of T echnology,Wuhan430068,China;
2S chool of Mechanical Eng in.,H uaz hong Univ.of Sci.and Tech.,Wuhan430074;
3H uBei K ey L ab of M anuf actur e Quality Engineering,Wuhan430068,China)
Abstract:T he majority o f photoelectric autocollim ator s are adopting the light sy stem of unsteady light dis tance.But in the precisio n measurement based on unsteady lig ht distance,as a result of the influence caused by the laser diver gence ang le,the shape of the lig ht spot r eceived by the o ptoelectronic device w ill chang e along w ith the receiving position,w hich has directly caused the sig nal receipt er ror.A novel optical path sy stem is desig ned in this paper,w hich can keep the lig ht distance invariant and g uarantee the re ceiv ed spot shape stability.T his metho d can probe tw o dimensional micro angle and car ry o n the real time dynamic co mpensation for the Abbe Error.
Keywords:Invariant light distance;spot shape;tw o dimensional micro angle;Abbe Er ror;the real time dynamic co mpensation
[责任编校:张 众]。