齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺設計與仿真

孫冰心

【摘 要】由于齒輪傳動有著傳動精度高、承載能力強、傳動功率穩定的特點，所以在各個機械行業中都獲得了廣泛地運用。但是，因為齒輪傳動系統的內部結構比較復雜，而且齒輪傳動運行的環境也不好，經常會使得齒輪傳動系統在運行過程中出現故障。這些故障問題給其生產效率帶來了非常大的影響，故障問題嚴重的話還會引起極大地安全事故。所以，大程度地降低齒輪傳動系統運行中的故障問題是非常有必要的。本文主要對齒輪傳動系統故障的原因和改進對策以及實驗臺的設計方案進行了簡單的分析和研究，從而保障齒輪傳動系統能夠更加順利地進行。

【關鍵詞】齒輪傳動系統；故障模擬；綜合實驗臺

隨著現社會科技的不斷發展，機械設備也逐漸向更加精密、高效化的方向發展，對齒輪傳動系統的要求也越來越高，不僅要求了齒輪傳動系統能夠承受較大的載荷功率，還要求了其齒輪傳動系統自身要具備更加良好的可靠性，從而提升齒輪傳動系統在運行過程中的安全性。但是，如果在這個過程中，一旦發生故障問題，就將會給其產業帶來大的損失，所以對齒輪傳動系統故障診斷研究變得越來越重要。在傳動系統中，齒輪對于傳遞動力和承受載荷而言，是非常重要的組成部分，由于齒輪傳動系統運行的旋轉速度快、運行時間長，負荷率高，通常會給齒輪傳動系統帶來一定的影響，從而引發一些故障問題。對齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺的設計可以便于診斷和預測齒輪傳動系統所產生的噪聲特性，可以在某種程度上承受較猛烈的載荷沖擊，有充分的空間給齒輪進行更換和檢測安裝，從而保障該實驗臺的穩定性。

1 齒輪傳動系統故障的原因及改進對策

1.1 齒輪受到損耗

齒輪受到損耗可以分為正常磨損、磨料磨損、干涉磨損、化學腐蝕四個方面。1）正常損耗的損傷特征有：齒面在傳動過程中慢慢地被磨損，齒面就會從而磨失掉，同時表面呈現光亮現象。如果在此輪的表面上有金屬現象的磨損，那么，曲面上就會出現逐漸出現一條連續線，從而形成了中等磨損。造成正常磨損的原因是：由于正常磨損通常是屬于齒輪正常的跑合磨損，所以，當齒輪發展成中等磨損時，就必須要考慮齒輪傳動系統運行的工作速度、潤滑油的粘性度以及其運行的載荷。正常損耗的改進對策：定期地更換潤滑油，充分地考慮潤滑油的粘性和性能，盡量的降低油溫；2）磨料磨損的損傷特征：齒輪傳統如果出現錯位情況，會產生劃痕，在齒輪傳動運行速度快的情況下，會造成過度磨損。造成磨料磨損的原因：潤滑油量少，潤滑油中摻雜有其他物質或外來的微粒，都會引起齒輪面上造成磨損。磨料磨損的改進對策：降低材料的粗糙度，注意潤滑油的密封度，并對潤滑油進行定期地清潔過濾；3）干涉磨損的損傷特征：通常損傷部位都是在齒輪的頂部或者底部，這種損傷直接會導致齒輪頂部滾圓、其底部移位。造成干涉磨損的原因：齒輪頂部和底部的材料儲存量過多。干涉磨損的改進對策：采取合適的潤滑冷卻，避免齒輪的安裝和制造出現問題；4）化學腐蝕的損傷特征：整個齒輪面出現凹痕現象。造成化學腐蝕的原因：化學反應的影響。化學腐蝕的改進對策：合理地控制腐蝕磨損的速度，選擇正確的添加劑和潤滑油。

1.2 齒面受到疲勞

齒面疲勞可分為點蝕和片蝕兩部分。1）點蝕的損傷特征：材料顆粒的脫落會使得齒輪面上出現麻點現象，如果在擴展速度快的情況下，就會造成大范圍的損傷面積，將損傷面進行放大觀察，可以看到成片的麻點分布在齒輪面上。造成點蝕的原因：齒輪滾動和滑動兩者混合結合，直接會導致齒輪面出現點蝕的現象。點蝕的改進對策：選擇粘性較高的潤滑油和高質量的添加劑，提高材料的硬度、精度；2）片蝕的損傷特征：齒輪面上出現脫落現象，脫落為碎片狀，脫落之后的齒輪會出現三角形狀的淺坑。造成片蝕的原因：齒輪過載比較嚴重。片蝕的改進對策：保證材料的純潔度，不摻加任何雜物，提高材料的均勻性，此外，還需要注意齒輪不要過載。

2 齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺的設計

齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺是測定齒輪傳動效率和承載能力的基本手段，齒輪對于各種機器而言是不可缺少的零件，齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺的設計是保證其機器性能和檢測的重要途徑，隨著現社會科技的不斷發展，人們創造了各種不同的機械，對齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺的研究，目前已經成為了一個重點的研究方向。以下兩點是對齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺設計方案的分析：

1）方案一：開放式實驗臺的設計。齒輪傳動系統故障模擬開放式實驗臺主要是由齒輪裝置、原動裝置和負載來組成的。開放式的實驗臺設計從實際上來講，就是將齒輪傳動的功率轉換為由電動機來傳遞功率，再通過實驗裝置以及齒輪傳動中所有的傳動件傳到耗能裝置，從而形成加載裝置。開放式實驗臺在加載完畢之后，所需的傳動功率都消耗在加載裝置設備的運行過程中。由于加載裝置設備的消耗功率比較大，所以，加載裝置就只適合用于工作周期短、消耗功率低的實驗裝置中。

2）方案二：封閉式實驗臺的設計。輪傳動系統故障模擬封閉式實驗臺主要分為機械封閉和電封閉兩類。機械封閉式實驗臺主要是由陪試齒輪箱、轉速傳感器、電動機裝置、加載裝置、被試齒輪箱五部分組成，將實驗臺中所有的零件都安裝于工作臺之上，同時，在設計過程中，使用兩個相同速比的被試齒輪箱。在被測對象的中心距不在一個時間段的情況下，要將被試齒輪的中心距進行改變，從而保證整個實驗臺中的傳動路線不會受到影響。這樣的設計方法不僅可靠性強，而且整個操作過程也比較方便，具有著多種不同的優點。電封閉式實驗臺主要是由電動機的運行功率來帶動實驗此輪箱的運行功率，再帶動發電機的運行功率，之后再由發電機返回到電動機，從而形成電封閉系統，電封閉系統在某種程度上可以節約百分之五十左右的電能率。但是，由于發電機的功率和發電機的功率都與實驗齒輪箱的功率相等，所以，電封閉式的實驗臺也不適合采用功率過大的實驗裝置。

3 結語

隨著現社會科技的不斷發展，機械設備也逐漸向更加高效的方向發展，對齒輪傳動系統的要求也比以往高了許多，既要求了齒輪傳動系統能夠承受較大的載荷功率，還要求了其齒輪傳動系統自身要具備良好的可靠性。齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺的設計是保證其機器性能和檢測的重要途徑，對齒輪傳動系統故障模擬綜合實驗臺的研究是目前必須要重視的問題。綜上所述，本文主要對齒輪傳動系統故障的原因和改進對策以及實驗臺的設計方案進行了簡單的分析和闡述。

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[責任編輯：田吉捷]