智能化复合材料齿轮验台设计论文.docVIP

目录 目录 1 1前言 2 2设计方案与原理 4 3结构设计 9 4结 论 23 参 考 文 献 24 1前言 1.1研究的目的与意义 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动例如传递功率可以从至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。齿轮工作，齿面接触传递动力。两齿面在相对运动中，既有滑动、又有滚动，因此齿轮表面受到脉动接触应力及磨擦力的作用，齿根部则受到脉动弯曲应力的作用。外，由于运转过程中过载加工安装或齿轮、轴、箱体的变形等引起齿面接触不良，外来和硬质点的侵入等因素，都齿轮的和使用寿命有很大影响。齿轮在工作，主要的形式有齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、塑性变形及轮折断，。 齿轮性能优劣和承载能力很大程度上决定机械产品的质量水平( 载荷、速度、功率等) 、几何接触和环境条件( 温度、湿度等) 等因素决定的。因此， 研究齿轮的摩擦磨损性能,对于保证机械产品的质量有着重要的意义。 1.2国内外研究现状 高分子复合材料的飞速发展正在开始推动复合材料齿轮传动技术在汽车和其他工程中的应用。高分子复合材料机械零件将在开发低成本，高效率的新能源运输工具中（例如城市用的汽车，Nano和电动车辆）扮演重要的角色。与金属齿轮相比，高分子复合材料齿轮具有独特的优势：成本低，重量轻，高效率，安静的运行，运作无需外部润滑等等。 如果复合材料齿轮可用于高功率传输，这将对汽车和航空航天工程产生重大影响。在高分子复合材料齿轮设计中，尽管有一些国家标准和商业设计方法，如美国和英国的标准以及企业的设计方法（如Polypenco）。然而，几乎没有任何标准和设计方法被实践验证。 实践中发现这些标准和设计方法与实验结果相差很远。这是由于这些标准和设计方法制定原于金属齿轮实践中，即评价一个齿取决于要么抗弯强度或表面耐用性，通常被称为磨损。为此开发设计智能化复合材料齿轮实验台，以便于高分子复合材料齿轮动力传输和失效机理的分析，为复合材料齿轮设计制造提供理论依据和试验数据。 试验台设计目的是要经常不断地测量负载条件下的齿面磨损情况。传统的疲劳磨损试验机加载采用杠杆加载方式，不仅精度较差，而且试验过程中不能变载；测量磨损量的方法采用称重法、形状比较法、光谱分析法等，不仅工作量大，而且运转过程中的不断启停及试件拆装都会破坏磨损运转的连续性，因此无法测出连续过程的磨损曲线；而主要缺陷是在试验过程中无法对摩擦系数等过程参数作出定量连续的检测，而且试验参数值通过观测指针式仪表获得，人为误差影响较大。高分子复合齿轮可以有两种失效方式：一是通过疲劳，另一个是通过磨损。疲劳可以直接通过测量寿命试验得出，但磨损需要不断记录。为此，采用了一种传感器技术，计算机控制技术等，实现多参数实时动态检测、显示、记录和数据采集，动态存储。 1.3研究的内容与方法 本试验台设计是通过电热丝的加热系统将试样温度加热到设定值，再通过加上试验所需的载荷值，同时驱动样，由计算机实时检测出材料的试验、温度、等数据2设计方案与原理 2.1试验台设计 试验台设计目的是要经常不断地测量负载条件下的齿面磨损。高分子复合齿轮的测试在很大程度上与金属齿轮一样，采用了背对背测试配置中的齿轮的扭矩在一定水平上加载。变速箱包含一对相同的金属齿轮，它不需要更换，同时对聚合物的测试设备反向设置。电机驱动的安排需要克服系统中齿轮滑动和摩擦磨损的损失。早期实验表明，该标准安排不能令人满意，因为作为聚合物齿轮经过大量的磨损，其内置的扭矩不能测试出来。为了克服这种局限，在连接试验齿轮的轴承座处,向枢纽和齿轮力臂和可调重量加载。这种方式使得一个恒定的扭矩加载到测试齿轮上,从而忽略了齿的磨损的影响。 2.1.1基本结构 如图2.1所示，齿轮箱3的中心距为60mm，两测试齿轮通过枢轴块组装箱8支撑。测试齿轮10的中心距可以通过中间的间隙来调整，连接齿轮箱和两测试齿轮之间的两轴5、6包含了两万向联轴器7，当测试时，它可以可以使两枢轴块旋转。电动机1带动轴旋转，再通过带2传动，传到齿轮箱3。最初的枢轴块组装箱的位置可以通过离合器4来调整。 1-电机 2-皮带 3-齿轮箱 4-离合器 5-轴 6-轴 7-万向联轴器 8-枢轴块组装箱 9-电容位移传感器 10-测试齿轮 11-桥式放大器 12 -A/D转换器 13-计算机 14-电热丝加热装置 15-加载杆 16-砝码加载 图2.1 齿轮实验台设计整体图 通过电热丝14加热到设定的试验温度，齿轮加载通过加载杆15和砝码16来进行。枢轴块通过滚动轴承来支撑，再通过横梁安装到底座上的门式框架上。这样的加载方法允许有较大的磨损量，而它对施加扭矩不会产生较大的影响，它是一种功能独特的试验台结构。 电容位移传感器9来测量试验中