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ENGLISH0755-88840386塑鋼門窗型材包裝機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)齒輪失效分析
發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 11:29:20 |來源：
1前言
塑鋼門窗型材包裝機(jī)作用是對(duì)軋制好的門窗型材表面包裹一層紙帶，以防止型材損傷。進(jìn)給機(jī)構(gòu)是該設(shè)備的核心部分，其工作原理如圖10主動(dòng)膠筒從動(dòng)膠筒塑鋼門窗型材主動(dòng)膠筒安裝在蝸輪蝸桿減速機(jī)(WP040-1/60-B)的輸出軸上，它與被動(dòng)膠筒通過絲杠裝置夾緊塑鋼門窗型材后以21.5r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)塑鋼門窗型材向前作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)型材進(jìn)行紙帶纏繞包裝。在傳動(dòng)鏈中，蝸輪蝸桿減速機(jī)的作用有兩個(gè):一是按照1： 60的減速比減速，二是運(yùn)動(dòng)方向的改變。在工作中， 固定于機(jī)架上的電機(jī)通過三角膠帶將運(yùn)動(dòng)傳遞至齒 輪軸藥,而再與安裝在減速機(jī)輸入軸上的Z2嚙合，將 n=1291r/min的運(yùn)動(dòng)傳入減速機(jī)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),z?隨 減速機(jī)一同移動(dòng)并與齒輪軸Z|相對(duì)滑動(dòng)。有關(guān)塑鋼 門窗型材包裝機(jī)傳動(dòng)齒輪磨損、點(diǎn)蝕等失效的報(bào)道 時(shí)有發(fā)生，除了一些使用和維護(hù)不當(dāng)?shù)囊蛩卦斐傻?之外，設(shè)計(jì)方面是否存在欠缺也是一個(gè)值得探討的 問題。傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計(jì)方法是將應(yīng)力、強(qiáng)度等參數(shù) 都視為確定量并按一定的強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)或校 核，而實(shí)際情況并非如此。由于受各種因素的影響， 這些參數(shù)均存在許多不確定的因素。另外,齒輪的 許多失效形式，都是由于損傷累積引起的性能下降 而最終導(dǎo)致故障的過程，系統(tǒng)從完好狀態(tài)到故障狀 態(tài)是由一系列的中介狀態(tài)相互聯(lián)系、相互滲透、相互 轉(zhuǎn)化的?？梢?機(jī)械系統(tǒng)中隨機(jī)性與模糊性是密切 相關(guān)同時(shí)存在，其主要表現(xiàn)為設(shè)計(jì)參數(shù)取值的隨機(jī) 性和許用應(yīng)力邊界的模糊性。對(duì)于前者我們可以采 用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法即可靠性的方法來處理，對(duì)于后者， 可以采用模糊集合的隸屬函數(shù)來表示。集模糊數(shù)學(xué) 和可靠性設(shè)計(jì)理論于一體的模糊可靠性設(shè)計(jì)方法正 是在這種背景下誕生的，它彌補(bǔ)了常規(guī)設(shè)計(jì)方法的 不足叫本文運(yùn)用模糊可靠性設(shè)計(jì)理論解析塑鋼門 窗型材包裝機(jī)傳動(dòng)齒輪失效問題，并提出解決問題 的方法。
模糊可靠性設(shè)計(jì)按功能函數(shù)％=r-s (r、s分別為 零件的廣義強(qiáng)度和廣義應(yīng)力)的取值把機(jī)械零件劃 分為3種不同的狀態(tài)：安全狀態(tài)(xNO);模糊狀態(tài) G<0,且丘I較小);失效狀態(tài)(*<0,且|x |較大俱其 中，模糊狀態(tài)是描述零件從安全到失效之間的過渡 過程,零件所處的安全狀態(tài)實(shí)際上是一模糊事件，用 的隸屬度函數(shù)描述，則零件的模糊可靠度為仍：f［x )——隨機(jī)變量/的概率密度函數(shù)。
塑鋼門窗型材包裝機(jī)傳動(dòng)齒輪的模糊可靠性 設(shè)計(jì)，就是將應(yīng)力視為服從某種分布規(guī)律的隨機(jī)變 量，將強(qiáng)度視為某種連續(xù)型函數(shù)的模糊變量來處 理，然后根據(jù)模糊可靠性的定義求解齒輪強(qiáng)度不失 效的概率或在給定的模糊可靠度的前提下確定齒 輪的主要尺寸。這種方法克服了常規(guī)設(shè)計(jì)中將應(yīng) 力、強(qiáng)度視為確定量的缺陷，使設(shè)計(jì)趨于合理更接 近實(shí)際叫
2.2齒輪強(qiáng)度模糊可靠度計(jì)算
設(shè)塑鋼門窗型材包裝機(jī)傳動(dòng)齒輪的工作應(yīng)力 (彎曲應(yīng)力或接觸應(yīng)力)為b,齒輪材料的疲勞強(qiáng)度 極限(彎曲疲勞或接觸疲勞)為。如，且它們都服從 正態(tài)分布，令X=O■如-O■，則X也服從正態(tài)分布，其均 值和標(biāo)準(zhǔn)差為?。簩⒁陨蠀?shù)代入式(4)則可求出齒輪的接觸疲 勞強(qiáng)度可靠度R。
3塑鋼門窗型材包裝機(jī)傳動(dòng)齒輪的可靠性
以某企業(yè)塑鋼門窗型材包裝機(jī)為研究對(duì)象叫 傳動(dòng)齒輪Z|、Z2為一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。已知 電機(jī) P=15kW,最小轉(zhuǎn)速 n=1300rpm,Z]=26,Z2=28，模 數(shù)m=3.0mm,齒寬b=20mmo齒輪材料40Cr調(diào)質(zhì)淬 火，齒面硬度48HRC~55HRC,轉(zhuǎn)矩T的變動(dòng)范圍 為±5%,現(xiàn)校核小齒輪的強(qiáng)度。
3.1彎曲疲勞強(qiáng)度可靠度
將上述參數(shù)代入式(4)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度可 靠度為R=0.97621。從表面看,齒輪傳動(dòng)接觸疲勞強(qiáng) 度的可靠度較高，但與可靠性設(shè)計(jì)中一般歸定的零 件可靠度大于0.99相比,還是有一定的差距。
通過分析知道，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度可靠度 足夠，而接觸疲勞強(qiáng)度可靠度明顯不足?？梢?，齒輪 發(fā)生點(diǎn)蝕和磨損失效并非偶然，是由于接觸疲勞強(qiáng) 度可靠性不足造成的，分析結(jié)果與實(shí)際情況完全 一致。
為了避免齒輪傳動(dòng)失效或壽命下降，今后在新 產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮零件的可靠性，應(yīng)用可靠設(shè) 計(jì)理論設(shè)計(jì),包括增大齒輪傳動(dòng)的中心距，采用正變 位齒輪傳動(dòng)等措施。但對(duì)于舊設(shè)備的改造，由于受 工藝要求和安裝尺寸等條件的限制，應(yīng)以對(duì)原設(shè)計(jì) 修改最少取得的效果最佳為原則。通過綜合考慮， 在保持齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)不變的情況下，更換齒 輪材料和熱處理方法不失為一種的提高齒輪接觸疲 勞強(qiáng)度可靠度有效方法,它方便、經(jīng)濟(jì)，效果好。如 將齒輪的材料和熱處理更改為20CrMnTi表面淬 火，可靠度計(jì)算如下：
齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為a^=l 180MPa,標(biāo) 準(zhǔn)差為SH.=0.035b*=41.3MPa。
將上述參數(shù)代入式(4)得到齒輪的接觸疲勞強(qiáng) 度可靠度為7?=0.99999,齒輪傳動(dòng)的接觸疲勞強(qiáng)度 可靠度足夠。
4結(jié)束語
常規(guī)設(shè)計(jì)，沒有體現(xiàn)機(jī)械零部件的可靠度指標(biāo), 由于設(shè)計(jì)過程中將各種參數(shù)按靜態(tài)性能處理，未能 考慮它們隨機(jī)性及模糊性，雖然理論上滿足強(qiáng)度條 件，但難以符合客觀實(shí)際情況，往往引起零部件因 不可靠而失效，可靠性設(shè)計(jì)將機(jī)械零件的質(zhì)量定量 化，這樣不僅能將零件在指定的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的失效 概率限制在預(yù)先給定的一個(gè)較小的范圍內(nèi)，而且能 為零件的定期批量檢修提供必要的依據(jù)，給設(shè)備故 障診斷和維修工作提供保證。模糊可靠性設(shè)計(jì)方法 充分考慮了載荷、零件尺寸和材料強(qiáng)度性能數(shù)據(jù)的 隨機(jī)性和模糊性，將影響齒輪強(qiáng)度的各種參數(shù)看成 具有某種概率分布的統(tǒng)計(jì)量和模糊數(shù)，通過概率理 論和模糊數(shù)學(xué)計(jì)算求解齒輪強(qiáng)度的可靠性，克服了 常規(guī)設(shè)計(jì)中將設(shè)計(jì)變量一律視為確定量的缺陷，它 比常規(guī)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)更接近客觀實(shí)際，更科學(xué)合理。 通過利用模糊可靠性設(shè)計(jì)理論對(duì)塑鋼門窗型材包 裝機(jī)傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度進(jìn)行了分析，解答了齒輪失效的 原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)提高塑鋼門窗 型材包裝機(jī)傳動(dòng)齒輪運(yùn)行的安全性和可靠性具有 現(xiàn)實(shí)意義。
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