关于提高齿轮产品研发制造水平若干问题的思考

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1、关于提高齿轮产品研发制造水平若干问题的思考洛阳矿山机械工程设计研究院齿轮所张磊2011-6-15前言改革开放30年来，我国齿轮行业伴随国民经济的快速发展取得了长足进步，产品门类齐全，广泛应用于航空船舶、兵器装备、汽摩农机、机床工具、工程机械、轨道交通、水泥建筑、起重运输、矿山冶金、电力能源、石油化工和仪器仪表等20多个领域。形成了独立完整的工业体系，行业骨干企业初步具备了全新产品开发能力，为振兴装备制造业作出了重要贡献。特别是近几年在汽车、风电、高铁和基础设施等快速发展的拉动下，全行业呈快速发展之势，到2010年底，即“十一五”末我国齿轮

2、市场总需求超过1400亿元，比2005年的683亿元增长一倍多，是名副其实的世界齿轮制造大国。但我国的产品质量、产品设计、工艺开发、制造装备和检测试验等综合技术水平与国外发达国家仍存在很大的差距。中低端产品产能严重过剩，高端产品能力不足，汽车、高铁、工程机械、矿山机械等高端齿轮传动装置大量依赖进口。与国外先进水平相比，我国的齿轮传动装置寿命仅为国外的30%～50%，重量较重、市场竞争力明显不足。特别是以矿山机械齿轮传动装置、高速船用减速器、兆瓦级风力发电齿轮箱为代表的高速、重载机械传动系统和以海洋平台、升船机齿轮齿条升降机构为代表的重载机

3、械传动系统，是大型机械装备的重要基础件，在国民经济建设和国防装备中处于极其重要的地位，其性能的优劣直接影响重大机械装备的综合性能和寿命。开展对高速、重载齿轮传动系统关键技术的研究与开发，提高重大装备的技术含量，推动我国齿轮制造业的技术进步，提升机械传动零部件及其相关装备产业的国际竞争能力，对我国经济、社会发展都是至关重要的。针对公司矿山机械齿轮传动装置的发展现状，结合两年来的工作经历，对如何提高齿轮产品的研发设计水平和产品质量产生了一些不成熟的想法，希望能对公司的发展有所帮助，由于本人水平有限，文中难免有不足之处，还望批评指正。1.齿轮传

4、动装置的系统设计目前，国内很多齿轮箱生产厂家在产品设计过程中，基本遵循这样的设计路线：首先利用现有成熟产品确定新产品设计方案，然后对传动齿轮部件进行强度校核和结构设计，接着进行箱体及其附件的设计，最后出图进入加工阶段。对于普通通用齿轮箱，该设计方法基本满足使用要求，但产品的运行品质较差，可靠性不高、使用寿命与国外同类产品相比较低。齿轮传动装置作为整机的核心部件，不是齿轮、轴及箱体的简单组合，它是一个系统性的问题，在设计中要综合考虑各零部件之间的相互影响及外部载荷的作用。齿轮箱系统包括传动子系统和结构子系统，传动子系统主要指齿轮和轴，结构子

5、系统主要指箱体及附属件，两子系统通过轴承联接在一起。设下标b表示结构子结构，下标g表示传动子结构，则可得系统的动力学模型：émgùìx&&güécgùìx&güékgùìxgüìFgüêúí&&ý+êúí&ý+êúíý=íýëmbûîxbþëcbûîxbþëkbûîxbþîFbþ式中{Fg},{Fb}——传动子系统和结构子系统力向量[mg],[mb]——传动子系统和结构子系统质量矩阵[cg],[cb]——传动子系统和结构子系统阻尼矩阵[kg],[kb]——传动子系统和结构子系统刚度矩阵{xb},{xg}——传动子系统和结构子系统位移向量工

6、作时，传动子系统由于齿轮啮合齿对数的变化、轮齿受载变形及制造误差等因素会产生内部激励（它包括刚度激励、误差激励和啮合冲击激励），由于内部激励的存在，即使没有外部激励，齿轮箱系统也会产生振动和噪声。外部激励是指除齿轮啮合时产生的内部激励外，齿轮系统的其它因素对齿轮啮合和齿轮系统产生的动态激励。如齿轮旋转质量不平衡、几何偏心、原动机（电动机、柴油机、发动机等）和负载的转速与扭矩波动以及系统中有关零部件的激励特性。考虑齿轮箱系统的内部和外部激励，建立齿轮-轴-轴承-箱体的系统动力学模型，通过数值分析即可对预研产品的动态特性进行初步评定，从而指导

7、设计。图1.1齿轮箱系统内部激励图1.2齿轮箱系统外部激励图1.3齿轮轴承座节点x方向激励响应图1.4输出轴承座x方向振动信号预测结果目前，国外在齿轮的系统动力学研究方面取得了很大的进步，并已广泛应用于各种齿轮传动装置的设计中，其中ROMAX公司在该领域有着较高的技术水平，并已开发出比较完善的商业分析软件。重齿、杭齿和南高齿等国内齿轮行业的骨干企业，通过引进吸收国外技术也开始了齿轮传动系统的设计。而我们单位作为国家重载齿轮研发加工基地，在这一块还是空白，设计仍停留在纯粹的零部件设计，没有形成减速器的系统设计，严重缺乏相应的专业人才，这与其

8、地位是极不协调的，也不利于我们公司在齿轮领域的长远发展。2.齿轮设计及传动特性分析2.1齿轮的强度校核齿轮作为传动装置的核心零件，其承载能力直接决定了整个装置的传递性能，目前应用比较广泛的齿轮