齿轮模拟故障试验台设计齿轮箱设计.doc
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齿轮模拟故障试验台设计——齿轮箱设计
摘要：
齿轮模拟故障实验台，能够方便地模拟齿轮设备的典型故障，方便了科研人员进行故障诊断方法的研究验证过程，也为齿轮的故障诊断提供依据，节省了科研人员花费在布置实验的时间和精力。
该实验台还可用于教学实践中，提高学习认知水平。
设计齿轮模拟故障实验台就显得非常有必要。
本文通过了解国内外齿轮模拟故障实验台的模拟器结构设计的现状，设计了一种能模拟6种典型故障的齿轮模拟实验台，操作者能在运行中能连续观察齿轮从正常到发生故障的信号变化过程和故障齿轮啮合的合成信号。
本文完成了模拟器的总体方案分析和设计；重点计算了减速箱的结构尺寸、齿轮的几何参数和精度等级；设计了输入花键轴、输出花键轴、中间轴的结构尺寸，并进行了强度校核和精确校核；估算了各轴承的工作寿命，并校核了花键、平键强度。
关键词：
齿轮；减速箱；设计；故障；模拟
科GearSimulatedFailureTestPlatformDesign
--GearBoxDesign
Abstract:
Gearsimulatedfailuretestplatformcanberepresentativeoftheequipmentfailurebeingeasyforresearchpersonneltocarryondiagnosisstudyandthevalidationprocess.Alsoitprovidesaccordanceforthediagnosesoffailuregear.Atthesametime,ithelpsscientificresearchpersonnelintheexperimentoftimeandenergy.Theexperimentalstagealsocanbeusedinteachingpracticeandimprovethelevelofcognition.Therefore,itisverynecessarytodesignagearsimulatedfailuretestplatform.
Bylearningtheprocessofstructuraldesignofanemulatorwhichisonepartofgearsimulatedfailuretestplatform,Ihavedesignedasimulationofsixkindsofrepresentativeoftheexperimentinthisarticle.Operatorscanobserveconsecutivelythesignalofthegearfromnormaltothewrongandthesynthesissignalofthetwomeshinggear.Thispapercompletedthegeneralschemeanalysisanddesigncalculationsofthesimulator,designedthesizesofthegearbox,thestructureofthegeometryoftheparametersandprecisionlevelandcalculatedthestructureparametersoftheentershaft,theoutputaxisandtheintermediateshaft.Then,Icheckthestrengthandcarryonthepreciselycoresize.Atlast,Iestimatedtheworkinglifeofallthebearingscheckedthestrengthofallkeys.
Keywords:
gear;decelerator;design;breakdown;simulation
目录
1绪论 1
1.1齿轮模拟故障实验台的设计意义 1
1.2国内外齿轮故障模拟实验台的发展概况 1
1.3工作内容与设计方法 2
2减速器设计 4
2.1总体方案设计 4
2.2初步确定减速器结构和零部件类型 5
2.3定传动方案 6
2.3.1选择电机 6
2.3.2确定传动比和分配传动比 6
2.3.3计算运动和动力参数 6
2.4减速器结构 7
2.4.1高速级齿轮设计计算级结构说明 7
2.4.2低速级齿轮设计计算级结构说明 8
2.4.3减速器附件的名称、位置和作用 11
2.5齿轮的结构设计及精度选择 11
2.5.1小花键齿轮 11
2.5.2双联齿轮 13
2.5.3三联齿轮 17
2.5.4大花键齿轮 21
2.5.5齿轮传动系统的传动特性 23
2.6铸铁减速器机体结构尺寸 24
3轴的结构设计与校核 27
3.1材料选择 27
3.2输入轴结构设计与校核 27
3.3中间轴结构设计与校核 31
3.4输出轴结构设计与校核 38
4滚动轴承的校核 44
4.1输入轴上滚动轴承校核 44
4.2中间轴上滚动轴承校核 44
4.3输出轴上滚动轴承校核 44
5键的选择与校核 46
5.1平键的选择与校核 46
I
5.1.1输入轴上键的选择与校核 46
5.1.2中间轴上键的选择与校核 46
5.1.3输出轴上键的选择与校核 47
5.2花键的选择与校核 47
5.2.1输入轴上花键的强度计算 47
5.2.2输出轴上花键的强度计算 48
5.3注意事项 48
结论 49
参考文献 错误！
未定义书签。
致谢 52
II
1绪论
1.1齿轮模拟故障实验台的设计意义
齿轮装置广泛应用于国民经济各部门，齿轮装置的运行状态直接影响着企业设备及人身安全和生产效益。
使用科学的方法对齿轮装置的运行状态进行监测和判断，从而了解运行质量，防止故障发生，对企业的设备管理和经济效益都有重要价值【1】。
齿轮故障诊断方法的研究是设备故障的热点问题。
各种故障诊断方法的使用范围、优缺点等问题都要实践的检验。
通过实验装置模拟齿轮的各种故障，进而方便地在实验装置上进行各种有针对性的实验以对诊断方法进行检验是很有意义的。
作为机器的重要零件的齿轮的故障实验研究日益受到人们的重视。
一方面，如果只有理论研究而没有实验研究，那么齿轮各种诊断方法的有效性、准确性、优缺点等问题的研究就不能建立在科学的基础之上【2】。
另一方面，国内在齿轮箱故障诊断上做的工作较多，但主要是根据现有的设备，对测得的振动时域或频域波形进行事后分析。
因此，试制齿轮传动故障模拟试验台，以为齿轮的故障诊断提供依据，就显得非常有必要。
齿轮模拟故障试验台的是一种用来模拟齿轮故障振动的实验装置，通过对故障的模拟、故障振动信号的采集、传输、分析，达到实验、分析、建立诊断数据库与频谱图像的目的，为齿轮箱的故障诊断提供有效地依据。
可以测试不同转速（0~3000r/min）、不同载荷、不同故障齿轮的振动、噪声、声发射等动态信号。
1.2国内外齿轮故障模拟实验台的发展概况
齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。
目前科研单位所用的齿轮箱实验台绝大多数是机械功率封闭性型或电功率封闭性运转式齿轮实验台，主要用于观测单个或单对齿轮某一项故障的发展过程。
虽然成本低、便于安装、便于观察测量，但是观察不同的故障必须更换齿轮试件，且一次实验只能同时观察一种故障，不便于齿轮故障方法的研究。
如国外FZG的CL-100齿轮试验机能完成下列实验：
1.通过西德润滑实验标准方法，即FZG齿轮油实验来确定有齿轮油引起的齿轮擦伤负荷和重量变化。
2.确定有不同材质制成的齿轮，其齿面承载能力的强度曲线。
3.确定有不同材质制成的齿轮，其齿跟承载能力曲线。
4.齿面疲劳强度实验。
5.轮滑油剪切安定性测定法实验。
国内设计的一种机械设备故障诊断综合实验台，包括动力源部分、故障模拟器部分、检测部分。
动力源部分，有交流电机和调速器组成；故障模拟器部分，有各类齿轮、轴承、联轴器、动不平衡模拟器、载荷设备组成；检测部分，有各类传感器组成，电机与故障模拟部分靠轴计齿轮啮合连接，该实验台可以给学员提供设备的各种故障来进行学习和训练，实验台诊断功能全面，可以真实的模拟工程中，机械设备中十多种常见的设备故障现象。
该设备也是进行各种机械设备故障诊断研究实验的可靠工具。
其特征在于实验包括：
动力源部分，由交流电机和调速器组成；故障模拟器部分，由可更换的各类无损坏、损坏和有缺陷的直齿轮、斜齿、人字齿轮、滚动轴承、滑动轴承、静压轴承及各类联轴器、动不平衡模拟器、载荷设备组成；检测部分，由加速度、速度、位移、温度、力、压力传感器组成，其中调速器装在点电机上电机通过联轴器与故障模拟部分的输入轴连接。
载荷设备通过联轴器与输出轴连接，检测部分的加速度、速度、位移、温度传感器装在载荷设备的轴承座上。
1.3工作内容与设计方法
本文齿轮故障模拟实验台由直流发电机、加载电机、直流调速加载系统、齿轮减速箱构成。
本文是对该试验台的故障模拟器部分齿轮箱进行设计，以实现6种故障模拟，全部集中在中间轴上，一根安装在齿轮箱内（三种故障），一根备用轴（三种故障），更换时整根轴系（包括：
轴承、轴、齿轮）一起换，使用比较方便。
本齿轮模拟故障实验台可通过齿轮换挡或更换齿轮箱中间轴组件实现不同故障齿轮的啮合。
实验台配置的故障齿轮有：
轮齿疲劳裂纹、断齿、齿面点蚀、单齿齿面剥落、一对对称齿齿面疲劳剥落、齿面磨损、齿轮偏心。
齿轮箱上设有油标，内设有输入花键轴、输出花键轴，输
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