考虑齿轮啮合力的运转状态校中计算.pdf

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1、·14·造船技术2011年第5期(总第303期)考虑齿轮啮合力的运转状态校中计算段晓羽1，周瑞平1，匡治国2(1．武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063I2．中国外运长航集团青山船厂，武汉430082)提要采用改进的三弯矩方程建立力学模型，进行考虑齿轮箱啮合力的轴系运转状态校中计算．考虑齿轮箱减速齿轮副不为铅垂布置的情况．介绍进行计算以及判定校中是否合理的准则．给出了什对不同情况的解决方法．并结合实例加以说明．缩写了适用于运转状态的轴系合理校中实用程序．关键词齿轮啮合力运转状态校中计算中图分类号U664文献标识码A1引言船舶轴系校中的质量，对于确保轴系长期正常的运转有重要的

2、影响。上世纪60年代以来，国外船舶轴系校中普遍采用了合理校中技术[1]。目前国内也已经广泛采用这一技术，但是一般只进行静态的合理校中，对齿轮箱的要求是使齿轮箱轴承的静比压不超过给定值，前后轴承的静态反力差不超过两跨总重的20％。经验证明[2]，在某些情况下，满足上述条件也不能完全保证齿轮箱以及轴系的安全。反之，即使不满足上述条件，也不一定会产生齿轮及轴系的故障。运转状态校中就是对带有齿轮箱轴系热态校中的补充，考虑了减速齿轮箱齿轮啮合力对轴系校中的影响[3]。文献2第三篇第十章附录中编写了计人齿轮力的校中计算内容，但其计算公式仅考虑了小齿轮在大齿轮正上方啮合这种特殊情况，而在实际的齿

3、轮箱布置中，大小齿轮的中心线大部分是倾斜的。针对这种情况，作者利用更接近于实际的三弯矩方法建立的力学模型，分析了齿轮在一般位置啮合的校中计算方法，完善了轴系在动态校中多因素综合作用下的校中计算模型，给出了齿轮在一般位置啮合情况下的校中计算公式和衡准方式，并编写了相应的程序，结合实例说明了规避这种情况的处理方法，使轴系合理校中能用于一般情况下的计算。作者简介t段晓羽(1985--)．女．硕士研究生．2考虑齿轮啮合力的轴系校中计算在船舶轴系结构中，当与中问轴连接的减速齿轮副不为铅垂布置(需考虑受力情况)时，会对齿轮轴上的前后轴承产生一个较大的水平方向的分力，此时齿轮轴承的动态合力及作用

4、方向与轴系热态校中时的力和方向均不相同。并且根据文献研究，由齿轮啮合所产生的动态负荷对于校中时轴承的变位非常敏感，特别是对于前后轴承相距较小的情况。由此引起的前后轴承作用力及方向的不同，必然导致大齿轮的歪扭、翘曲和倾斜，从而影响齿轮的均匀啮合，使轮齿产生单边接触，甚至导致振动加剧“]。此时在大齿轮齿宽方向受到一个交变弯曲力矩，产生交变拉压应力，由此可能造成大齿轮轴向出现断裂情况。对于齿轮轴传动齿轮中采用的滑动轴承，若不考虑动态合力而布置轴瓦，将影响轴承油膜的正常建立，严重的可能产生轴瓦烧熔现象。因此，运转状态的校中计算对于保证整个轴系的可靠工作尤为重要。这就涉及到校中时对齿轮箱动态

5、啮合力的考虑及处理方法等问题。2．I计算规则对具有斜齿轮及滑动轴承的齿轮箱传动轴系，当末级传动大齿轮的前、后轴承轴瓦分界面没有按照动态合力布置，或热态校中时的轴承负荷值相差较大不满足标准要求时，应计人齿轮箱动态啮合力所产生的切向、径向及轴向力，柴油机气体力以及螺旋桨水动力产生的力和力矩等进行动态校中计算。2．2处理方法在轴系热态校中的基础上，对齿轮啮合力进行计算，齿轮在一般啮合点的齿轮力如图1所示，其中F-、Fl、Fr分别为末级小齿轮作用在大齿轮上的轴向力、切向力和径向力[3】，FI=2Ti／dlF，=Fttana。／cos卢FI=Fttan#式中L——小齿轮上的传递扭矩，kN·r

6、am!n=9550Piz／n。，段晓羽．等。考虑齿轮啮合力的运转状态校中计算·15·P——齿轮箱减速齿轮传递的推进功率，kWI，l。一主机额定转速，r／mintf2一一级传动比ld。--／1,齿轮节圆直径，mmtp一圆柱斜齿轮的螺旋角，。f口n一法面啮合角，。。由此可得减速齿轮输出大齿轮前后轴承的动态合力Ff、FI和作用方向岛、以为Ff=[(F耐+Frzf+心)2+(F。yf+F耐+_+尺n+R位)2]172F．=[(F。+F。+凡)2+(F。”+F舯+F．”+R．1+R．2)2]“2岛=一1[盟长拦舻]见=丽1[监瓮群}学型]图1齿轮在一般啮合点的齿轮力示意图图2小齿轮位于大齿轮

7、正上方情况若小齿轮与大齿轮在正上方啮合，即口n----0，如图2所示，其减速齿轮输出大齿轮前后轴承的动态合力Ff、F．和作用方向岛、以可简化为Ff=ECF耐)2+(Fryf+^yf+Rn+R心)2]172Of=tan-1E(F叫+F．y

8、+Rn+R位)／F谢]FI=E(F。)2+(F啪+，．”+R．1+R吐)2]1门见=tan-1[(F呻+k+R．1+R．2)／F。]式中凡、F。——齿轮切向力产生的作用在前、后轴承Z方向上的反力，kNlF。yf、F。”——齿轮切向力产