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摘要：对生产设备齿轮传动磨损寿命短问题，进行分析、计算、提出相应改进措施。
关键词：齿轮 安全系数
1.简介：
我单位生产砌块设备上的摊料车传动齿轮，一年内不正常的更换了两次，则应对齿轮传动寿命短的问题进行分析。摊料车主要是将搅拌好的水泥砼均匀、（经过下面振动器）震动、平整摊铺在摊料车内，以便使生产的砌块有质量保证。摊料车四面壁板内主要是由带有若干搅拌爪的三根摊料搅拌轴组成。由液压马达（型号Cm-245）驱动四个相同、悬臂布置的齿轮互相啮合，并带动三根搅拌轴以N1≤300r/min转速运转。因设备环境限制齿轮只有简单金属罩子，不能有效对齿轮齿面全密封和润滑，则避免不了在摊料搅拌中使干硬性水泥砼的粉尘飞落在齿轮齿面上。粉尘含有石英成分对齿轮齿面有磨损，当对齿面多加润滑油脂，会使粉尘飞落在齿面上更多，这是造成齿轮寿命短、齿面磨损的因素之一。有必要校核其齿轮的承载能力。
2. 【1】校核齿面触接强度Бh=ZH × ZE ×Z =1110.377N/2mm。式中齿数Z1=53=Z2。模数mG =3，齿宽b=21.5 。变位系数X1= X2=0，Δy=0。H*a=1。齿螺旋角 =0。齿材料45调质表面淬火HRC=45-50。分度圆直径d1=159 mm。基圆db=149.41。齿顶圆da=165 。齿节点区域系数ZH =2.5。齿顶压力角aa1=2506′。材料弹性系 数ZE=189.8。端面重合度 =1.763。重合度系数Z = =0.863。马达输出扭矩 T1=（PQη）/2π=312（N*m）。油压P=10Mpa。排量Q=0.000245。效率η=0.8。分度园圆周力Ft=3924.528N.。齿使用系数KA=2。分度圆周速度V=2.497m/s。动载系数Kv=1.1。齿8级精度。齿载荷分布系数 K =1.145。载荷分配系数Ka = 1.27。
3. 齿轮接触安全系数SH=Бhp/Бh=1138.236/1110.377=1.025 1可靠度99%。可靠度不高。式中许用接触应力Бhp= Hlim×ZN×ZW/SHlim=1138.236 N/mm2。齿接触疲劳极限 Hlim=1000N/mm2。接触强度寿命系数ZN=1，工作硬化系数ZW=1.138。接触最小安全系数SHlim=1可靠度99%。
4.校核齿根弯曲强度Бf=Ft×KA×Kv×K ×Ka×Yfa×Y ×Y /（b×mG） =296.161 N/mm2。式中载荷作用齿顶齿形系数Yfa=2.33。齿根弯曲重合度系数Y =0.653。螺旋角系数Y =1。
5. 齿根弯曲强度安全系数Sf=БfP/Бf =290/296.161=0.979>0.7<1。即属于低可靠度与可靠度99%之间（弯曲强度最小安全系数Sflim=1。低可靠度SHlim=0.7）。可靠度不高，应对齿轮进行改进。式中齿轮许用弯曲应力БfP =Бflim×Yn×Yx/（Sflim×Ysr）≈齿材料弯曲疲劳极限应力值Бflim=290N/mm2。
6. 改进：增大齿轮模数为mG=5，齿数改为ZG=31，当不含中心距变动系数时变位齿轮传动中心距 G= mG×（ZG1+ZG2）1/2=变位齿分度园直径d1G=mG×ZG=155mm。当中心距变动系数Y=（ - G）/mG=0.8。则齿轮变位后实际传动中心距 =mG×（ZG1+ZG2）1/2+ Y×mG=159mm 。即齿轮改进后仍能按原来的中心距安装使用。这即提高齿面的接触强度，又提高齿根的弯曲强度，则达到提高齿轮使用寿命目的。齿轮啮合角а′=23039′>200（变大）。总变位系数X∑=（ZG1+ZG2）（invа′- invа）/（2 tgа） =0.873=X1+X2>0。变位系数X1=X2=0.873/2=0.436。齿顶高变动系数ΔY=（X1+X2）-Y=0.0733。齿顶圆da1=d1+2mG（ha*+X1-ΔY） =168.63mm（变大）。根圆df1=d1-2mG（ha*+C*-X1）=146.86mm（变小）。基圆db=145.651 <149.41。
7. 改进后齿面接触强度Бh=2.28×189.8 ×0.781× =952.326 N/mm2（变小）。式中ZH =2.28 （变小）。齿顶压力角aa1=30016′（变大）。端面重合度 =2.166>1.763。重合度系数Z =0.781（变小）。Kv=1.01<1.1。Ft=4025.806N. （变大）。K =1.16>1.145 。Ka = 1.4>1.27。
8. 改进后接触安全系数SH=Бhp/Бh =1138.236/952.326N/mm2=1.195>1.025 1。安全系数1.195接近高可靠度SHlim=1.25。
9. 改进后齿根弯曲强度Бf=4025.806×2×1.01×1.16×1.4×2.165×0.6×1/（21.5×5）=159.584N/mm2（变小）。式中Yfa=2.165<2.33，Y =0.6 <0.653。
10. 改进后齿根弯曲强度安全系数Sf=БfP/Бf =290/159.584=1.817>1.5>0.979。
安全系数1.817大于高可靠度SHlim=1.5。
11. 结论：实际证明：经对齿轮改进（模数由3改为5，齿数由53改为31，并经齿轮变位配凑原来的齿轮传动中心距）重新加工、投入实际使用一年后，仍完好无损。则以上分析、计算结果（接触安全系数SH=1.195>1.025 1提高了1.16倍，弯曲强度安全系数Sf=1.817>1.5>0.979提高了1.86倍）以及提出的改进措施，是完全正确的。达到了延长齿轮传动实际使用寿命目的。
参考文献：
[1]缪临平 .机械设计制图手册。同济大学、上海交通大学等院校?机械设计制图手册?编写组。同济大学出版社。 （沪）新登字204号 1991年8月第一版1993年11月第四次印刷。
关键词：齿轮 安全系数
1.简介：
我单位生产砌块设备上的摊料车传动齿轮，一年内不正常的更换了两次，则应对齿轮传动寿命短的问题进行分析。摊料车主要是将搅拌好的水泥砼均匀、（经过下面振动器）震动、平整摊铺在摊料车内，以便使生产的砌块有质量保证。摊料车四面壁板内主要是由带有若干搅拌爪的三根摊料搅拌轴组成。由液压马达（型号Cm-245）驱动四个相同、悬臂布置的齿轮互相啮合，并带动三根搅拌轴以N1≤300r/min转速运转。因设备环境限制齿轮只有简单金属罩子，不能有效对齿轮齿面全密封和润滑，则避免不了在摊料搅拌中使干硬性水泥砼的粉尘飞落在齿轮齿面上。粉尘含有石英成分对齿轮齿面有磨损，当对齿面多加润滑油脂，会使粉尘飞落在齿面上更多，这是造成齿轮寿命短、齿面磨损的因素之一。有必要校核其齿轮的承载能力。
2. 【1】校核齿面触接强度Бh=ZH × ZE ×Z =1110.377N/2mm。式中齿数Z1=53=Z2。模数mG =3，齿宽b=21.5 。变位系数X1= X2=0，Δy=0。H*a=1。齿螺旋角 =0。齿材料45调质表面淬火HRC=45-50。分度圆直径d1=159 mm。基圆db=149.41。齿顶圆da=165 。齿节点区域系数ZH =2.5。齿顶压力角aa1=2506′。材料弹性系 数ZE=189.8。端面重合度 =1.763。重合度系数Z = =0.863。马达输出扭矩 T1=（PQη）/2π=312（N*m）。油压P=10Mpa。排量Q=0.000245。效率η=0.8。分度园圆周力Ft=3924.528N.。齿使用系数KA=2。分度圆周速度V=2.497m/s。动载系数Kv=1.1。齿8级精度。齿载荷分布系数 K =1.145。载荷分配系数Ka = 1.27。
3. 齿轮接触安全系数SH=Бhp/Бh=1138.236/1110.377=1.025 1可靠度99%。可靠度不高。式中许用接触应力Бhp= Hlim×ZN×ZW/SHlim=1138.236 N/mm2。齿接触疲劳极限 Hlim=1000N/mm2。接触强度寿命系数ZN=1，工作硬化系数ZW=1.138。接触最小安全系数SHlim=1可靠度99%。
4.校核齿根弯曲强度Бf=Ft×KA×Kv×K ×Ka×Yfa×Y ×Y /（b×mG） =296.161 N/mm2。式中载荷作用齿顶齿形系数Yfa=2.33。齿根弯曲重合度系数Y =0.653。螺旋角系数Y =1。
5. 齿根弯曲强度安全系数Sf=БfP/Бf =290/296.161=0.979>0.7<1。即属于低可靠度与可靠度99%之间（弯曲强度最小安全系数Sflim=1。低可靠度SHlim=0.7）。可靠度不高，应对齿轮进行改进。式中齿轮许用弯曲应力БfP =Бflim×Yn×Yx/（Sflim×Ysr）≈齿材料弯曲疲劳极限应力值Бflim=290N/mm2。
6. 改进：增大齿轮模数为mG=5，齿数改为ZG=31，当不含中心距变动系数时变位齿轮传动中心距 G= mG×（ZG1+ZG2）1/2=变位齿分度园直径d1G=mG×ZG=155mm。当中心距变动系数Y=（ - G）/mG=0.8。则齿轮变位后实际传动中心距 =mG×（ZG1+ZG2）1/2+ Y×mG=159mm 。即齿轮改进后仍能按原来的中心距安装使用。这即提高齿面的接触强度，又提高齿根的弯曲强度，则达到提高齿轮使用寿命目的。齿轮啮合角а′=23039′>200（变大）。总变位系数X∑=（ZG1+ZG2）（invа′- invа）/（2 tgа） =0.873=X1+X2>0。变位系数X1=X2=0.873/2=0.436。齿顶高变动系数ΔY=（X1+X2）-Y=0.0733。齿顶圆da1=d1+2mG（ha*+X1-ΔY） =168.63mm（变大）。根圆df1=d1-2mG（ha*+C*-X1）=146.86mm（变小）。基圆db=145.651 <149.41。
7. 改进后齿面接触强度Бh=2.28×189.8 ×0.781× =952.326 N/mm2（变小）。式中ZH =2.28 （变小）。齿顶压力角aa1=30016′（变大）。端面重合度 =2.166>1.763。重合度系数Z =0.781（变小）。Kv=1.01<1.1。Ft=4025.806N. （变大）。K =1.16>1.145 。Ka = 1.4>1.27。
8. 改进后接触安全系数SH=Бhp/Бh =1138.236/952.326N/mm2=1.195>1.025 1。安全系数1.195接近高可靠度SHlim=1.25。
9. 改进后齿根弯曲强度Бf=4025.806×2×1.01×1.16×1.4×2.165×0.6×1/（21.5×5）=159.584N/mm2（变小）。式中Yfa=2.165<2.33，Y =0.6 <0.653。
10. 改进后齿根弯曲强度安全系数Sf=БfP/Бf =290/159.584=1.817>1.5>0.979。
安全系数1.817大于高可靠度SHlim=1.5。
11. 结论：实际证明：经对齿轮改进（模数由3改为5，齿数由53改为31，并经齿轮变位配凑原来的齿轮传动中心距）重新加工、投入实际使用一年后，仍完好无损。则以上分析、计算结果（接触安全系数SH=1.195>1.025 1提高了1.16倍，弯曲强度安全系数Sf=1.817>1.5>0.979提高了1.86倍）以及提出的改进措施，是完全正确的。达到了延长齿轮传动实际使用寿命目的。
参考文献：
[1]缪临平 .机械设计制图手册。同济大学、上海交通大学等院校?机械设计制图手册?编写组。同济大学出版社。 （沪）新登字204号 1991年8月第一版1993年11月第四次印刷。