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齿轮珩磨轮是基体加磨料经化学合成制造的特殊成型齿轮，它利用其齿间的相对滑移速度和压力来进行珩齿的一种齿面精加工方法。珩磨轮的概念简介：齿轮珩磨轮是基体加磨料经化学合成制造的特殊成型齿轮，它利用其齿间的相对滑移速度和压力来进行珩齿的一种齿面精加工方法。用于淬硬齿轮的最终加工，可除去气化皮、毛刺，使齿面光洁度从▽5提高到▽8、▽10，改善齿轮表面粗糙度，降低齿轮噪音。珩磨轮和被珩齿轮在有齿侧面间隙下，进行珩齿，称单面啮合珩齿，一般用于消除齿轮局部高点及毛刺，改善表面粗糙度微量修正工件的珩前精度。珩磨轮与被珩齿轮在无齿侧间隙下，进行珩齿，称双面啮合珩齿，它的珩削效率高，可切除较多的珩齿余量，能明显修正工件珩前精度，双面啮合珩齿可采用定压“变中心距”和变压“定中心距”二种方式。珩磨轮除可在珩齿机上进行珩齿外，在剃齿机及普通车床上稍加改装也能珩齿，转速与进刀量，应根据不同规格选定，一般中等模数的齿轮可采用200-500转/分，终向进刀30-180mm/分。被珩齿轮的磨量应控制在左右，珩磨时间越短越好。一般中等模数齿轮珩磨时间应在2分钟左右。在珩磨过程中，机床最大行程不得超过珩磨的最大宽度，以免损坏珩磨轮。珩磨轮材料性质较脆，使用时禁敲打，防止碰伤损坏，使用后应妥善保管。
“珩”字用於人名中，读héng
第2版目录 第2版前言 第1版前言 第1篇 机械加工工艺基础 第1章 金属切削过程的基本规律 切削加工的基本概念 切削过程的金属变形 硬脆非金属材料的切屑形成机理与切屑形态 切削力与切削功率 切削热与切削温度 第2章 切削刀具的基本知识、切削用量选择与切削液 刀具的几何角度 刀具材料 刀具的磨损 刀具耐用度 切削用量的选择原则 切削液 第3章 机械加工质量 机械加工精度 加工表面质量 机械加工中的振动 第4章 机械加工工艺规程制订 概述 工艺规程的制订 加工方案的技术经济分析 第5章 成组工艺与计算机辅助工艺过程设计 成组技术（GT） 成组加工工艺 计算机辅助工艺过程设计 第6章 信息技术在机械制造中的应用概述 信息系统概述 常用信息系统简介 企业信息化系统建设概述 第2篇 金属切削机床及工艺装备基础 第1章 金属切削机床的型号与图形符号 金属切削机床的型号 金属切削机床操作指示形象化符 数控机床操作指示形象化符号 第2章 机床夹具 概述 工件在夹具中的定位 工件在夹具中夹紧 对刀和导引装置 夹具分度装置和夹具体 专用夹具的设计方法 组合夹具 成组夹具 机床夹具计算机辅助设计（机床夹具CAD） 第3章 机床附件 机床附件型号 工作台 刀架 分度装置 夹紧装置 中心架和跟刀架 其他附件 第3篇 切削加工 第1章 车削 车削基本特征与加工范围 车削主要工艺参数 车削精度 车床 车刀 第2章 钻削、扩削、铰削 钻、扩、铰的特点及主要工艺参数 钻、扩、铰加工机动时间的计算 钻、扩、铰的加工精度 钻、扩、铰加工中常见问题的产生原因和解决方法 深孔、小孔和微孔的钻削 钻床 孔加工刀具 第3章 镗削 镗削的特点与类型 卧式镗床镗削 金刚镗床镗削（高速精镗） 坐标镗床镗削 镗削用量 镗削精度 典型表面和零件的镗削 镗床 镗刀 第4章 铣削 铣削特点、方式及加工范围 铣削用量 提高铣削精度和铣削效率的方法 典型零件和表面的铣削加工 铣削发展趋势 铣床 铣刀 第5章 刨削、插削、锯削 刨削 插削 锯削 刨床、插床和锯床 刨刀和插刀 第6章 拉削 拉削的特点、类型及方式 拉削用量、拉削力和拉削机动时间 拉削切削液及其浇注方法 拉削中常见缺陷的分析与解决方法 典型表面和零件的拉削加工 拉床 拉刀 第7章 磨削 磨削原理 磨削的基本特征和磨削类型 普通磨削用量的选择 常见磨削方式的主要工艺参数 砂轮的修整 磨削液 磨削常见缺陷的原因 高效磨削 磨床 磨料磨具的选择 第8章 齿轮、蜗杆副、花键加工 圆柱齿轮加工 锥齿轮加工 蜗杆副加工 花键加工 齿轮加工机床 齿轮刀具 第9章 螺纹加工 螺纹加工的基本类型、特点及适用范围 丝锥攻螺纹、板牙套螺纹 螺纹车削 螺纹磨削 螺纹加工机床 螺纹刀具 第10章 精整和光整加工 珩磨 研磨 抛光 第11章 精密和超精密加工 概述 金刚石刀具超精密切削 精密和超精密磨削 精密磨削实例 第12章 难加工材料的切削加工 难加工材料的切削特点 高强度钢的切削加工 高锰钢的切削加工 淬硬钢、冷硬铸铁及耐磨合金铸铁的切削加工 不锈钢、高温合金的切削加工 工程陶瓷的切削加工 其他难切材料的切削加工 非金属材料加工用刀具 第13章 高速切削加工 高速切削概述 高速切削刀具 高速切削机床 高速切削的应用 高速切削的安全性 第4篇 数控加工 第1章 数控加工的基本概念及数控加工系统 第2章 数控加工工艺基础 第3章 数控加工工具系统、刀具及夹具 第4章 数控加工机床的选型 第5章 数控机床的调试及验收 第6章 数控机床操作及编程 第7章 典型的数控加工机床 第8章 数控机床维护维修基础 第5篇 特种加工 第1章 总论 第2章 电火花加工 第3章 电解加工 第4章 高能束加工 第5章 超声加工 第6章 化学加工与复合加工 第7章 其他特种加工 第8章 微细加工 第9章 表面工程技术 第6篇 加工过程自动化 第1章 概论 第2章 自动化加工工艺方案制订 第3章 物料自动储运系统 第4章 机械加工过程自动化常用的工艺设备 第5章 加工过程中的自动检测与监控 第6章 自动化加工设备的验收、评价、使用和维护 第7篇 检测 第1章 几何量检测基础及量仪 第2章 几何量测量方法 第8篇 机械装配 第1章 机械装配工艺基础 第2章 装配作业 第3章 典型部件装配 第4章 自动装配 参考文献第1版出版信息 出版社：机械工业出版社 图书类别：机械加工 书 名：机械加工工艺师手册 书 号：978-7-111-09176-9 作 者：杨叔子 主编 出版日期：2002年11月 开 本：16 页 数：2162页 字 数：3326千字 定 价：元第1版内容简介 本手册汇集了机械制造技术各个主要方面的内容，反映了现代先进制造技术的进展，具有内容简明实用，叙述通俗，便于使用的特点，是一部具有很高使用价值的机械加工工艺手册. 本手册分为8篇，内容包括：机械加工工艺基础、金属切削机床、机床夹具与刀具、切削加工、特种加工、加工过程自动化、检测和机械装配等。 本手册可供语辞在从事机械制造的工程技术人员以及工科院校机械类专业的师生使用参考。第1版前言 鉴古知今，放眼人类历史，应该说，材料、能源、信息与制造是人类文明的四大支柱。 制造业是所有与制造有关的行业的总称，它是国民经济的支柱产业之一。制造技术是使原材料变成产品的技术，是国民经济与社会得以发展，也是制造业本身赖以生存的关键基础技术。没有制造业、没有制造技术的进步，就没有生产资料、生活资料、科技手段、军事装备等一切，也就没有它们的进步。统计资料表明，在美国，68％的财富来源于制造业， 日本国民总产值的49％是由制造业提供的， 中国的制造业在工业总产值中也占有40％的比例。可以说，没有发达的制造业就不可能有国家的真正繁荣和富强，而没有机械制造业，也就没有制造业。经济的竞争归根到底是制造技术与制造能力的竞争。改革开放20年来，我国机械制造业充分利用国内外两方面的技术资源，有计划地推进企业的技术改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平及经济效益发生了显著变化， 为繁荣国内市场，扩大出口创汇，推动国民经济发展作出了很大贡献。 为适应机械制造技术发展的需要，为进一步提高我国机械制造技术水平、加强我国机电产品在国际市场上的竞争能力尽一份绵薄之力，我们在机械工业出版社的大力支持下，编写出版了这本手册。 本子册汇集了机械制造技术各个方面的主要内容，具体包括机械加工工艺基础、金属切削机床、机床夹具与刀具、切削加工、特种加工、加工过程自动化、检测和装配等。全手册共8篇60章。 本子册的特点是以工艺为基础， 以工艺方法为主线，工艺数据和工艺方法紧密结合；既论述大批大量生产中加工和装配的质量、效率及成本问题，也介绍多品种、小批量生产的工艺特点，强调生产的柔性化、集成化和可快速重组的观念； 简明、实用，注意反映现代制造技术的新进展；采用最新国家标准。第1版目录 前言 第1篇 机械加工工艺基础 第1章 金属切削过程的基本规律 切削加工的基本概念 切削过程的金属变形 硬脆非金属材料的切屑形成机理与切削形态 切削力切削功率 切削热与切削温度 第2章 切削刀具的基本知识、切削用量选择与切削液 刀具的几何角度 刀具的磨损 刀具耐用度 切削用量的选择原则 切削液 第3章 机械加工质量 机械加工精度 加工表面质量 机械加工中的振动 第4章 机械加工工艺规程制订 概述 工艺规程的制订 数控加工工艺特点 加工方案的技术经济分析 第5章 成组工艺与计算机辅助工艺过程设计 成组技术（GT） 成组加工工艺 计算机辅助工艺过程设计 第2篇 金属切削机床 第6章 金属切削机床的型号与图形符号 金属切削机床的型号 金属切削机床操作指示形象化符号 数控机床操作指示形象化符号 第7章 数控机床与加工中心 数控机床 加工中心 第8章 车床 卧式车床 立式车床 转塔车床和回轮车床 仿形车床 卡盘多刀车床 单轴自动车床 多轴自动车床 数控车床和车削中心 曲轴车床 第9章 钻床 钻床的类型及适用范围 台式钻床 立式钻床 摇臂钻床 深孔钻床 数控钻床 第10章 镗床 卧式铣镗床 坐标镗床 精镗床 深孔镗床和深孔钻镗床 第11章 铣床 升降台铣床 工具铣床、摇臂铣床和滑枕铣床 床身铣床 龙门铣床和数控龙门镗铣床 仿形铣床的和数控仿形铣床 第12章 刨床、插床、拉床和锯床 刨床的插床 拉床 锯床 第13章 磨床 概述 外圆磨床 内圆磨床 平面磨床 专门化磨床 其他磨床 数控磨床 第14章 齿轮加工机床 概述 滚齿机 插齿机 剃齿机 珩齿机 磨齿机 花键轴铣床 数控齿轮加工机床 锥齿轮加工机床 第15章 螺纹加工机床 螺纹车床 螺纹铣床 螺纹磨床 攻丝机 滚丝机 搓丝机 第16章 机床附件 机床附件型号 工作台 刀架 分度装置 夹紧装置 中心架和跟刀架 其他会件 第3篇 机床夹具与刀具 第17章 机床夹具 概述 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的夹紧 对刀和导引装置 夹具分度装置和夹具体 专用夹具的设计方法 组合夹具 成组夹具 数控机床床具 机床夹具计算机辅助设计（机床夹具CAD） 第18章 刀具材料 碳素工具钢和合金工具钢 高速工具钢 硬质合金 刀具陶瓷 超硬刀具材料 第19章 切刀 车刀 陶瓷、金铡石和立方氮化硼车刀 成形车刀 刨刀和插刀 第20章 孔加工刀具 孔加工刀具的类型与用途 麻花钻 硬质合金浅孔钻 扩孔钻和锪钻 铰刀 中心钻和扁钻 深孔钻 镗刀 复合孔加工刀具 第21章 铣刀 铣刀的类型与用途 高速钢尖齿铣刀 高速钢铲齿铣刀 套式铣刀 硬质合金铣刀 第22章 拉刀 拉刀的类型 拉刀的结构和几何参数 拉刀的使用 第23章 齿轮刀具 齿轮铣刀 齿轮滚刀 插齿刀 插齿刀 非渐开线展成刀具 蜗轮刀具 锥齿轮刀具 第24章 螺纹刀具 螺纹刀具的类型 螺纹车刀和梳刀 丝锥 板牙 螺纹铣刀 螺纹切头 螺纹滚压工具 第25章 自动化加工用刀具 刚性自动化刀具 数控机床和柔性自动化加工用刀具 第26章 非金属材料加工用刀具 木材加工刀具 塑料加工刀具 石材锯切设备及刀具 第4篇 切削加工 第27章 车削 车削基本特征与加工范围 车削主要工艺参数 车削精度 第28章 钻削、扩削、铰削 钻、扩、铰的特点及主要工艺参数 钻、扩、铰加工机动时间的计算 钻、扩、铰的加工精度 钻、扩、铰加工中常见问题的产生原因和解决方法 深孔、小孔和微孔的钻削 第29章 镗削 镗削的特点与类型 卧式镗床镗削 金铡镗床镗削 坐标镗床镗削 镗削用量 镗削精度 典型表面和零件镗削 第30章 铣削 铣削特点、方式及加范围 铣削用量 提高铣削精度和铣削效率的方法 典型零件和表面的铣削加工 铣削发展趋势 第31章 刨削、插削、锯削 刨削 插削 锯削 第32章 拉削 拉削的特点、类型及方式 拉削用量、拉削力和拉削机动时间 拉削切削液及其浇注方法 拉削中常见缺陷的解决方法 典型表面和零件的拉削加工 第33章 磨削 磨削原理 磨削的基本特征和磨削类型 磨料磨具的选择 普通磨削用量的选择 常见磨削方式的主要工艺参数 砂轮的修整 磨削液 磨削常见缺陷的原因 高效磨削 第34章 精整和光整加工 珩磨 研磨 抛光 第35章 精密和超精密加工 概述 金刚石刀具超精密切削 精密和超精密磨削实例 精密磨削实例 第36章 难加工材料的切削加工 难加工材料的切削特点 高强度钢的切削加工 高锰钢的切削加工 淬硬钢、冷硬铸铁及耐磨合金铸铁的切削加工 不锈钢、高温合金的切削加工 工程陶瓷的切削加工 其他难切材料的切削加工 第37章 圆柱齿轮和蜗杆副加工 圆柱齿轮加工方法与工艺设计 滚齿 插齿 剃齿 珩齿 磨齿 冷挤齿 齿轮齿端倒角 重载齿轮加工工艺 齿轮加工CAPP 蜗杆副加工 第38章 锥齿轮加工 概述 直齿锥齿轮加工 曲线齿锥齿轮加工 锥齿轮研齿 锥齿轮检验及接触区修正 第39章 花键加工 花键加工的特点 花键加工的主要方法 第40章 螺纹加工 螺纹加工的基本类型、特点及适用范围 丝锥攻螺纹、板牙套螺纹 螺纹车削 螺纹磨削 第5篇 特种加工 第41章 总论 特种加工技术概念及作用 特种加工方法及分类及性能比较 特种加工技术的特点和选用原则 第42章 电火花加工 电火花加工的基本原理 电火花加工的设备系统 电火花加工工艺及应用 电火花加工机床常见故障和加工中的异常现象 第43章 电火花线切削加工 线切割加工的原理与特点 国内外电火花线切割加工的发展概况 电火花线切割加工机床及型号 程序编制 典型加工实例 电火花线切割的其他应用 第44章 电解加工 电解加工的基本原理与特点 电解加工设备 影响电解加工质量的因素及其控制方法 电解加工的阴极设计 混气电解加工 电解加工的应用 数控展成电解加工技术 第45章 高能束加 激光加工 电子束加工 离子束加工 第46章 超声加工 超声加工的原理与特点 超声加工设备和变幅杆 超声加工的基本工艺规律 超声车削 超声钻孔 超声加工的其他应用 第47章 化学加工与复合加工 化学加工 复合加工 第48章 其他特种加工 水射流切割 磨料喷射加工 磁力研磨 挤压珩磨 电化学抛光 快速成型技术 第6篇 加工过程自动化 第49章 概论 加工过程自动化的意义、任务和主要内容 自动化加工的策略 自动化加工系统及其组成 加工过程自动化的发展趋势 第50章 物料自动储运系统 概述 刚性自动化的物料储运系统 柔性自动化的物料储运系统 切屑与切削液处理系统 第51章 自动化加工工艺方案制订 自动化加工工艺的特点 成组技术在自动化加工中的应用 自动化加工工艺方案 切削用量选择 辅具 第52章 机械加工过程自动化常用的工艺设备 机械加过程自动化常用工艺设备的主要类型特点及应用 对自动化加工设备的特殊要求及其实现方法 利用自动化单机实现切削加工自动化 组合机床及其应用 加工自动线及其应用 柔性制造系统及其应用 加工自动线及柔性制造系统的控制 第53章 加工过程中的自动检测和监控 工件和刀具的自动识别 工件尺寸的自动测量 刀具尺寸控制系统 刀具磨损和破脶的检测与监控 第54章 自动化加工设备的验收、评价、使用和维护 安装、调试与验收 水平评估 使用与维护 第7篇 检测 第55章 几何量检测基础及量仪 几何量检测基础 常用量仪 第56章 几何量测量方法 长度测量 角度测量 形状和位置误差的测量 表面粗糙度的测量 螺纹测量 圆柱齿轮的测量 蜗杆 蜗轮的测量 第8篇 机械装配 第57章 机械装配工艺基础 概述 机械装配工艺的配合方法 机械装配工艺规程的制订 第58章 装配作业 清洗 机械装配测量项目与环境条件 平衡 固定连接 第59章 典型部件装配 带传动部件的装配 链传动部件装配 齿轮、蜗杆传动部件的装配 丝杠螺母副的装配 联轴器、离合器和制动器的装配 液压系统的装配 密封件的装配 支承件的装配 第60章 自动装配 自动装配装置 自动装配工艺过程与规程 装配机、装配线及其设计
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浅谈齿轮强度设计几个问题的探讨论文
0 引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一。公元前300 多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。17 世纪末到18 世纪初，人们开始对齿轮的强度问题进行研究。欧洲工业革命以后，齿轮技术得到高速发展，齿轮传动在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮设计成为机械设计中重要的设计内容之一。目前国际上比较常见的有关齿轮强度设计公式，除了我国的国家标准( GB) 有关齿轮强度的计算方法以外主要有: 国际标准化组织( ISO) 计算方法; 美国齿轮制造商协会( AGMA) 标准计算方法;德国工业标准( DIN) 计算方法; 日本齿轮工业会( JGMA)计算方法; 英国BS 计算方法等。作者在从事机械设计特别对齿轮设计的教学中，发现不少地方的知识点描述比较简单，不容易理解，为此，在文中对齿轮设计的几个问题如齿轮的失效方式、齿轮强度设计的历史、现状进行了深入分析，探讨我国齿轮强度设计的历史来源以及在齿轮设计中的一些困惑。通过深入的分析，有助于大家更好地理解齿轮设计公式的意义和来龙去脉。
1 齿轮失效方式的探讨
齿轮在传动过程中会出现各种形式的失效，甚至丧失传动能力。齿轮传动的失效方式与齿轮的材料、热处理方式、润滑条件、载荷大小、载荷变化规律以及转动速度等有关。人们对齿轮失效的认识是一个发展的过程。18 世纪中叶人们就开始对齿轮的失效进行研究。对齿轮摩擦磨损、点蚀形成和齿面胶合有了初步的认识。1928 年，白金汉发表了有关齿轮磨损的论文，并将齿面失效分为点蚀、磨粒磨损、胶合、剥落、擦伤和咬死等6 种失效形式。1939 年，Rideout 将齿轮损伤分为正常磨损、点蚀、剥落、胶合、擦伤、切伤、滚轧和锤击等8 种形式。1953 年Borsoff 和Sorem 将齿轮损伤分为6 类。1967 年尼曼根据大量试验，对渐开线齿轮的4 种失效形式画出了承载能力的限制关系图，并指出当齿轮转速较低时，影响软齿面齿轮承载能力的主要因素是点蚀，影响硬齿面齿轮承载能力的是断齿; 而对于高速重载传动齿轮，影响因素往往是胶合。自上世纪50 年代以来，一些国家以标准的形式对齿轮损伤形式进行分类，对名词术语、表现特征、引发原因等都有规定。如1951 年美国将齿轮损伤分为两大类，一类是齿面损坏，包括磨损、塑性变形、胶合、表面疲劳等，另一类是轮齿的折断。前一大类齿面损坏是齿轮作为高副由于摩擦学原因而引起的表面损伤; 后一大类轮齿的折断是轮齿作为受力构件由于体积强度不够而发生的破坏。1968 年奥地利国家标准规定了齿轮损伤的名词术语。
1983 年，我国颁布了齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因国家标准( GB /T3481 - 83) ，将齿轮损伤形式分为5 大类，即磨损、齿面疲劳( 包括点蚀和剥落) 、塑性变形、轮齿折断和其他损伤，共26 种失效形式。1997 年，我国颁布了对GB/T3481 - 1983 修订的GB/T3481 -1997 国家标准。目前我国在大多数的机械设计教材和机械设计手册中齿轮失效方式都进行了简化，一般分为5 大类，即轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形。
2 齿轮强度设计的探讨
2. 1 轮齿弯曲强度计算
1785 年，英国瓦特提出了齿根弯曲强度的计算方法，把轮齿看成为矩形截面的板状悬臂梁，随后出现多种弯曲强度计算公式。1893年，路易斯发表了轮齿弯曲强度计算式，而且用内切抛物线法找齿轮的危险截面，这一方法称为“抛物线法”[12]，如图1 所示。路易斯以载荷作用于齿顶推导出齿根弯曲应力公式，但是对于重合度大于1 小于2 的齿轮传动，理论上只有当单对齿啮合时，载荷才全部由一个齿承受。对于重合度大于2 小于3 的足够精密的齿轮，因为同时有2 对以上的齿轮在啮合，其最大弯曲应力的作用点要低。
在此之后，又出现30°切线法、尼曼法、白金汉法等。1980 年， ISO 提出“渐开线圆柱齿轮承载能力的基本原理”( ISO 6336 - 1980) ，公布了轮齿弯曲强度、齿面接触强度的计算方法。
过去，我国的齿轮强度计算方法一直比较混乱，没有统一的标准，对生产、科研以及教学带来诸多问题。于是， 1981 年我国成立了“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”国家标准课题组，以ISO6336—1980为根据，开展全面的研究工作。1983 年颁布了渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法的国家标准( GB /T3480—1983) 。
目前，我国有关齿轮弯曲强度的设计公式基本上采用30° 切线法，即作与轮齿对称中心线成30°夹角并与齿根圆角相切的斜线，两切点的连线是齿根危险截面位置。而且以单对齿啮合区的最高点作为最不利载荷作用点，这时产生的弯曲应力最大，如图2 所示。另外，弯曲疲劳强度计算公式中，齿形系数在许多机械设计中只是说明与齿数有关，与模数无关，并未做详细说明，不容易理解。下面对相关问题进行详细分析。如图2 所示，齿根弯曲应力为σF =MW= FnhFcosαFbS2F /6 = 6KFthFcosαFbS2Fcosα= KFtbm6( hFm) cosαF( SFm)2cosα( 1)式中，αF为齿顶圆压力角。令式( 1) 中的YF =6( hFm) cos αF( SFm)2cos α式中，YF称为齿形系数，由路易斯在其轮齿弯曲强度计算式中首次引用。可以看出，YF是与齿轮形状的几何参数有关的一个系数。因为，根据齿轮形成原理，齿数的变化将引起轮齿上hF、SF、aF等参数的变化，由于hF、SF、aF均与齿轮模数成正比，致使齿形系数中的模数可以约去。因此，齿形系数不受模数的影响，而只与齿数有关，齿数越多YF越小，反之YF越大。这就是在机械设计的教材中经常会看到“标准齿轮的齿形系数只与齿数有关而与模数无关”的原因。
2. 2 齿轮压应力对弯曲应力的影响
根据30°切线法及齿轮受力分析。将法向力Fn移至轮齿中线并分解成相互垂直的两个分力，即圆周力Ft和径向力Fr。根据力学理论，Ft使齿根产生弯曲应力为σF，Fr则产生压应力σy。因此齿根危险截面上受到的应力为弯曲和压缩组成的组合应力，并导致齿根两边的应力大小不相等。然而，在相关的机械设计资料中都没有将由于径向力产生的压应力计算在齿轮的弯曲强度计算公式中，而且在大多数的相关教材中都认为: 压应力相对于齿根最大弯曲应力比较小，可以忽略不计。但是压应力到底多少，为什么可以忽略不计，很少有人进行计算，下面对压应力与弯曲应力进行探讨。如图2 中，Ft产生其弯曲应力σF如式( 1) 所示。由Fr产生压应力σy为σy = Fnsin αFbSF( 2)由式( 1) 及式( 2) 可得σyσF= SF6hFtan αF设OD = h'，则SF = 2h' tan30°，因此σyσF= tan 30tan αF3h'hF假设标准齿轮模数为m，齿数z。则齿顶圆压力角为cos αF = rbra= zz + 2cos α，由于h'hF< 1，因此，当不考虑h'hF的影响时，σyσF的大小取决于齿轮的齿数。为了便于讨论，取ξ = σyσF称为压应力对弯曲应力的影响系数。则根据计算可以得到ξ 与齿数的对应关系，如图3 所示。可见，压应力对弯曲应力的影响与齿数有关，而模数无关，而且随着齿数的变化而变化，齿数越少其影响越大，反之影响就越小，最终趋于一水平线。最小约为最大弯曲应力的8%，特别当h'hF< 1 时，压应力更小，可以忽略不计。这就是为了简化计算，在计算轮齿弯曲强度时一般只考虑弯曲应力的原因。从图2 可知，弯曲应力分为拉伸侧的拉应力和压缩侧的压应力。实际证明，拉伸侧是危险侧，因拉伸侧的`裂纹扩展速度较大。压缩侧有时虽裂纹出现较早，但发展速度较慢。所以大多数的公式以拉伸侧的应力作为设计时的计算应力。而且根据齿轮弯曲疲劳实验分析证明，考虑弯曲应力、压应力与只考虑弯曲应力的结果，实际上没有多大差别。因此，在齿轮弯曲疲劳强度计算中只考虑弯曲应力。
2. 3 齿面接触疲劳强度计算
图4 赫兹接触应力模型齿面接触疲劳强度计算是针对齿轮齿面疲劳点蚀失效进行计算的强度计算。1881 年，赫兹提出两个圆柱体接触时接触面上载荷分布公式，该式作为齿面强度计算的理论基础，如图4 所示。根据赫兹接触应力理论，在载荷作用下接触区产生的最大接触应力为σH = Fnπb·1ρ1± 1ρ21 - μ21E1+ 1 - μ22槡 E2( 3)式中，Fn为作用在圆柱体上的载荷; b 为接触长度;μ1、μ2分别为两圆柱体材料的泊松比; E1、E2为两圆柱体材料的弹性模量。ρ1、ρ2为两圆柱体接触处的半径，式中“+”号用于外接触，“-”号用于内接触。1898 年，拉塞根据法向力应用“压强”原理研究齿面的接触疲劳强度问题。1908 年，奥地利的维德基将赫兹的两个圆柱体的接触应力理论应用于计算轮齿齿面应力，并绘出了沿啮合线最大接触应力变化图。1932 年，英国BS 根据实验数据提出基础表面应力作为齿面强度计算方法。1940 年，美国AGMA 采用齿面强度最重负荷点的接触应力最大值计算方法。
1949 年，白金汉提出节圆上齿面接触应力不超过许用值的计算方法，后来该方法被许多计算方法所采用。1954 年，尼曼采用最大负荷点上滚动压力。至今，我国皆以赫兹公式作为计算齿面接触疲劳强度的理论基础，即以赫兹应力作为点蚀的判断指标。通常令1ρΣ= 1ρ1± 1ρ2，ρΣ称为综合曲率，对于标准齿轮，1ρΣ= 2d1 sin αi ± 1i 。并令式( 3 ) 中的ZE =1π 1 - μ21E1+ 1 - μ22E 槡为弹性影响系数。从而，获得渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳强度的基本公式为σH = ZEZH2KT1bd21i ± 1槡 i #[ σ ] H( 4) 式中，ZH = 2槡sin αcos α，称为区域系数，对于压力角α= 20°的标准齿轮，ZH≈2. 5。在机械设计手册或机械设计教材中，有关齿轮接触疲劳强度公式有很多版本，其中最常见的是将一对钢制标准齿轮齿面接触强度校核公式进行简化，取钢制齿轮的E1 = E2 =2. 06 ×105MPa，μ1 =μ2 =0. 3，便获得机械设计中常用的校核公式。σH = 671 KT1bd21i ± 1槡 i ≤[ σ ] H( 5)
2. 4 齿面胶合强度计算
齿轮另外一个常见的失效是齿面胶合。有关齿轮胶合比较统一的说法是: 相互啮合的两金属齿面，在一定的压力下直接接触发生黏着，同时又随着齿面运动而使金属从齿面上撕落而引起的黏着磨损现象。胶合分为冷胶合和热胶合。对于高速重载的齿轮传动，齿面瞬时温度较高，相对滑动速度较大，则容易发生热胶合。对于低速重载的重型齿轮传动，由于齿面间压力过大，导致齿面油膜被破坏，尽管齿面温度不高，但也容易产生胶合，称为冷胶合。
对于齿轮齿面胶合强度计算的研究，目前主要基于两种理论，一是基于Pv 值( 压力与速度的乘积) 或PTv ( T 为啮合点到节点的距离) 值作为计算胶合的指标。另一种是以齿面温度作为判定胶合的准则的布洛克算法。1975 年，温特提出积分温度法。现在ISO 的标准中主要以这两种方法为主。2003年，我国颁布“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”国家标准( GB - Z 6413. 1 - 2003和GB - Z 6413. 2 - 2003)。该标准等同采用了ISO/TR 13989 - 2000“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”。曾经有人试图以按弹性流体动力润滑理论计算齿面间的油膜厚度作为胶合的评判依据。
我国多数的机械设计教材中齿轮强度设计一般只提供齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两种计算方法，并未提供有关齿面胶合的强度计算公式。
3 结束语
文中分别对机械设计教学中有关齿轮的强度设计问题进行了分析和探讨，详细解读我国齿轮强度设计的历史沿革及现状，以及齿轮强度设计计算过程中让人困惑的问题及解决方法。研究指出，在齿轮弯曲疲劳强度的计算中，压应力对弯曲应力的影响是有限的，一般可忽略不计，只有当需要精确计算时，应当考虑其影响。论文的研究可以帮助齿轮设计人员和学生更好地理解齿轮设计中的相关内容，为将来从事机械设计工作打下良好的基础。
自己写算啦！
小模数齿轮齿形误差图像测量法权转菊 (西安东风仪表厂计量处 710065) 摘要:本文提出了一种小模数齿轮齿形误差测量的新方法,该方法在极坐标系下采集齿廓边缘 摘要 点的坐标值,通过测量模型计算获得齿形误差,符合齿形误差定义,具有较高的精度. 关键字:齿形误差 关键字 光学测量 极坐标 数学模型 引言小模数齿轮尤其是模数在 ～ 的小模数齿轮广泛应用于航天航空,国防,IT,钟 表等领域的精密仪器仪表制造中.作为关键的运动传动件,其质量直接影响到仪器仪表的运动精度, 噪音,寿命等.因此,实现对小模数齿轮的高精度测量是保证仪器仪表质量的一个关键技术问题. 小模数齿轮由于其模数小而齿数通常较多,齿槽空间很小,很难采用传统的齿轮测量技术和仪 器.目前,普遍采用的测量方法是轮廓投影比较法和分度盘展成法.轮廓投影比较法即在轮廓投影 仪上,将齿轮与标准放大图进行比较,从而判定加工齿轮的齿廓精度,这种方法显然不能实现精确 检测.分度盘展成法测量效率低,受找正误差,分度误差的影响精度并不是很高. 近年来,随着光 学坐标测量机的应用和发展,基于 CCD 技术的齿轮测量方法的研究不断增多.本文作者研究了在光 学坐标测量机上对小模数齿轮齿形误差进行精密测量的一种新方法. 1 数学模型的建立 展开角增量与展开弧长增量的关系 按渐开线形成原理,渐开线上某一点的曲率半径 ρ 等于基圆上形成渐开线的起点 A 到曲率半 径 ρ 与基圆切点 B 间的弧长,ρ 也即展开弧长, 其展开角 w 与 ρ 之间的关系为: w =ρ/ r0 (式 1) ? 式中: r0 为齿轮的基圆半径 当展开角 w1 增加w 转角时,展开弧长的增 量为ρ. 与ρ 之间有一定的比例关系, w 如当 齿轮转动一度, ρ1 应增加齿轮基圆圆周长度为 则 1/360,所以得如下关系式: ρ=2πr0w/360=π/180wr0 式中:ρ 为展开弧长增量 ( 2 B1 A1 A2 ?A 式 2) 图 (1) 渐 开 线 形 成 原 理 1 ρ=ρ2-ρ1 极坐标系下展开角与极径的关系 按照几何关系,从图中可以看出: ρ= R2 r 0 2 2 R12 r 0 2 (式 3) wx=w2-w1=B2+cos-1 r0 r -B1- cos-1 0 R2 R1 r0 r - cos-1 0 R2 R1 (式 4) 也即:wx=B2-B1+cos-1 将式 3 和式 4 代入式 2 得: 2 R2 r 0 R12 r 0 2 2 =π/180r0 2-B1+cos-1 (B r0 r - cos-1 0 ) (式 5) R2 R1 从式 5 中可以看出, 如果我们以齿轮中心为极坐标中心, 靠近渐开线起始点测量一点作为极坐 标起点,建立极坐标系,在此坐标系下齿形上各点极径与极角应满足式 5 中的关系. 2 齿形误差的测量 由于齿形误差的影响,实际齿廓上各点的坐标值与理论值有差异,即相对一展开角实际齿廓上 展开弧长与理论值有差异.变换式 5,我们可以求出实际齿轮左右齿廓上这种差异. f= Ri r 0 2 2 R12 r 0 -π/180r0 i-B1|+cos-1 (|B 2 r0 r - cos-1 0 ) Ri R1 (式 6) 这种差异也是齿廓上各点曲率半径与渐开线上相应的理论曲率半径的差异. 最小值与最大值之 差即为包容实际齿形的两条最近的理论渐开线间的法向距离,符合 GB10095-85 规定齿形误差ff 定 义(见图 2) ,则齿形误差为: ff=fmax-fmin (式 7) 齿 顶倒 棱高 度 ? 工 作部 分 设 计 齿形 齿 根 起始 工作 圆 图 1 齿形 误差 示意 图 2 3 测量实例选用有背光照明系统和 CCD 视像头的坐标测量机对一模数为 ,齿数为 50 的小模数齿轮 进行实际测量.首先以齿轮中心为坐标原点,以齿廓上大于基圆半径一点为起点建立极坐标,然后 对齿廓进行测量,求得各点的极径及极角,通过数学模型计算齿形误差.测量数据及结果见表 1. 表1 右齿 R(mm) ω(°) 360 f (mm) 0 R(mm) 齿形误差测量结果 左齿 ω(°) 0 f (mm) 0 齿形误差:0-()= 齿形误差:()= 4 结论本文结合渐开线展成原理对极坐标系下渐开线上各点坐标关系进行了分析, 并给出了数学模型, 由此得出齿形误差测量方法.通过测量实例对测量方法进行了说明. 这种方法与传统的使用分度盘 测量齿形的方法相比,同样是图像测量法,但由于少了分度盘的找正误差,分度误差等误差影响因 素,测量精度大为提高,并且可利用坐标测量机柔性定位功能,形成测量程序进行批量测量,实现 对小模数齿轮齿形误差的高精度,高效率测量. 3
分析了影响齿轮早期故障诊断准确性的主要因素,针对齿轮振动信号噪声干扰大的特点,采用小波分析、神经网络滤波、相关滤波等方法进行信号预处理,可大大提高信噪比。现场应用情况表明:该方法可在强噪声环境下提取出齿轮振动中的微弱故障信息,及时发现齿轮早期故障隐患。并在此基础上,开发了一套齿轮早期故障诊断软件系统。【作者单位】：中石化长岭炼化有限责任公司设备研究所;中石化长岭炼化有限责任公司设备研究所;中石化长岭炼化有限责任公司设备研究所;中石化长岭炼化有限责任公司设备研究所 湖南岳阳市 414012;湖南岳阳市 414012;湖南岳阳市 414012;湖南岳阳市 414012【分类号】：【DOI】：cnki:ISSN:【正文快照】：簇函数去表示一个信号或函数x(t),这一簇函数称为小波函数系。其定义式如下:WT·‘一“,=六丁‘:·(!,*(宁,d, 现有的齿轮故障诊断方法有多种,例如:通过时域平均分析,可以识别齿轮安装错位、断齿等缺陷、通一过啮合颇率及彭谐波分量幅值变化的功率谱分析,可以识别齿面均匀磨损;
浅谈齿轮强度设计几个问题的探讨论文
0 引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一。公元前300 多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。17 世纪末到18 世纪初，人们开始对齿轮的强度问题进行研究。欧洲工业革命以后，齿轮技术得到高速发展，齿轮传动在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮设计成为机械设计中重要的设计内容之一。目前国际上比较常见的有关齿轮强度设计公式，除了我国的国家标准( GB) 有关齿轮强度的计算方法以外主要有: 国际标准化组织( ISO) 计算方法; 美国齿轮制造商协会( AGMA) 标准计算方法;德国工业标准( DIN) 计算方法; 日本齿轮工业会( JGMA)计算方法; 英国BS 计算方法等。作者在从事机械设计特别对齿轮设计的教学中，发现不少地方的知识点描述比较简单，不容易理解，为此，在文中对齿轮设计的几个问题如齿轮的失效方式、齿轮强度设计的历史、现状进行了深入分析，探讨我国齿轮强度设计的历史来源以及在齿轮设计中的一些困惑。通过深入的分析，有助于大家更好地理解齿轮设计公式的意义和来龙去脉。
1 齿轮失效方式的探讨
齿轮在传动过程中会出现各种形式的失效，甚至丧失传动能力。齿轮传动的失效方式与齿轮的材料、热处理方式、润滑条件、载荷大小、载荷变化规律以及转动速度等有关。人们对齿轮失效的认识是一个发展的过程。18 世纪中叶人们就开始对齿轮的失效进行研究。对齿轮摩擦磨损、点蚀形成和齿面胶合有了初步的认识。1928 年，白金汉发表了有关齿轮磨损的论文，并将齿面失效分为点蚀、磨粒磨损、胶合、剥落、擦伤和咬死等6 种失效形式。1939 年，Rideout 将齿轮损伤分为正常磨损、点蚀、剥落、胶合、擦伤、切伤、滚轧和锤击等8 种形式。1953 年Borsoff 和Sorem 将齿轮损伤分为6 类。1967 年尼曼根据大量试验，对渐开线齿轮的4 种失效形式画出了承载能力的限制关系图，并指出当齿轮转速较低时，影响软齿面齿轮承载能力的主要因素是点蚀，影响硬齿面齿轮承载能力的是断齿; 而对于高速重载传动齿轮，影响因素往往是胶合。自上世纪50 年代以来，一些国家以标准的形式对齿轮损伤形式进行分类，对名词术语、表现特征、引发原因等都有规定。如1951 年美国将齿轮损伤分为两大类，一类是齿面损坏，包括磨损、塑性变形、胶合、表面疲劳等，另一类是轮齿的折断。前一大类齿面损坏是齿轮作为高副由于摩擦学原因而引起的表面损伤; 后一大类轮齿的折断是轮齿作为受力构件由于体积强度不够而发生的破坏。1968 年奥地利国家标准规定了齿轮损伤的名词术语。
1983 年，我国颁布了齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因国家标准( GB /T3481 - 83) ，将齿轮损伤形式分为5 大类，即磨损、齿面疲劳( 包括点蚀和剥落) 、塑性变形、轮齿折断和其他损伤，共26 种失效形式。1997 年，我国颁布了对GB/T3481 - 1983 修订的GB/T3481 -1997 国家标准。目前我国在大多数的机械设计教材和机械设计手册中齿轮失效方式都进行了简化，一般分为5 大类，即轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形。
2 齿轮强度设计的探讨
2. 1 轮齿弯曲强度计算
1785 年，英国瓦特提出了齿根弯曲强度的计算方法，把轮齿看成为矩形截面的板状悬臂梁，随后出现多种弯曲强度计算公式。1893年，路易斯发表了轮齿弯曲强度计算式，而且用内切抛物线法找齿轮的危险截面，这一方法称为“抛物线法”[12]，如图1 所示。路易斯以载荷作用于齿顶推导出齿根弯曲应力公式，但是对于重合度大于1 小于2 的齿轮传动，理论上只有当单对齿啮合时，载荷才全部由一个齿承受。对于重合度大于2 小于3 的足够精密的齿轮，因为同时有2 对以上的齿轮在啮合，其最大弯曲应力的作用点要低。
在此之后，又出现30°切线法、尼曼法、白金汉法等。1980 年， ISO 提出“渐开线圆柱齿轮承载能力的基本原理”( ISO 6336 - 1980) ，公布了轮齿弯曲强度、齿面接触强度的计算方法。
过去，我国的齿轮强度计算方法一直比较混乱，没有统一的标准，对生产、科研以及教学带来诸多问题。于是， 1981 年我国成立了“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”国家标准课题组，以ISO6336—1980为根据，开展全面的研究工作。1983 年颁布了渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法的国家标准( GB /T3480—1983) 。
目前，我国有关齿轮弯曲强度的设计公式基本上采用30° 切线法，即作与轮齿对称中心线成30°夹角并与齿根圆角相切的斜线，两切点的连线是齿根危险截面位置。而且以单对齿啮合区的最高点作为最不利载荷作用点，这时产生的弯曲应力最大，如图2 所示。另外，弯曲疲劳强度计算公式中，齿形系数在许多机械设计中只是说明与齿数有关，与模数无关，并未做详细说明，不容易理解。下面对相关问题进行详细分析。如图2 所示，齿根弯曲应力为σF =MW= FnhFcosαFbS2F /6 = 6KFthFcosαFbS2Fcosα= KFtbm6( hFm) cosαF( SFm)2cosα( 1)式中，αF为齿顶圆压力角。令式( 1) 中的YF =6( hFm) cos αF( SFm)2cos α式中，YF称为齿形系数，由路易斯在其轮齿弯曲强度计算式中首次引用。可以看出，YF是与齿轮形状的几何参数有关的一个系数。因为，根据齿轮形成原理，齿数的变化将引起轮齿上hF、SF、aF等参数的变化，由于hF、SF、aF均与齿轮模数成正比，致使齿形系数中的模数可以约去。因此，齿形系数不受模数的影响，而只与齿数有关，齿数越多YF越小，反之YF越大。这就是在机械设计的教材中经常会看到“标准齿轮的齿形系数只与齿数有关而与模数无关”的原因。
2. 2 齿轮压应力对弯曲应力的影响
根据30°切线法及齿轮受力分析。将法向力Fn移至轮齿中线并分解成相互垂直的两个分力，即圆周力Ft和径向力Fr。根据力学理论，Ft使齿根产生弯曲应力为σF，Fr则产生压应力σy。因此齿根危险截面上受到的应力为弯曲和压缩组成的组合应力，并导致齿根两边的应力大小不相等。然而，在相关的机械设计资料中都没有将由于径向力产生的压应力计算在齿轮的弯曲强度计算公式中，而且在大多数的相关教材中都认为: 压应力相对于齿根最大弯曲应力比较小，可以忽略不计。但是压应力到底多少，为什么可以忽略不计，很少有人进行计算，下面对压应力与弯曲应力进行探讨。如图2 中，Ft产生其弯曲应力σF如式( 1) 所示。由Fr产生压应力σy为σy = Fnsin αFbSF( 2)由式( 1) 及式( 2) 可得σyσF= SF6hFtan αF设OD = h'，则SF = 2h' tan30°，因此σyσF= tan 30tan αF3h'hF假设标准齿轮模数为m，齿数z。则齿顶圆压力角为cos αF = rbra= zz + 2cos α，由于h'hF< 1，因此，当不考虑h'hF的影响时，σyσF的大小取决于齿轮的齿数。为了便于讨论，取ξ = σyσF称为压应力对弯曲应力的影响系数。则根据计算可以得到ξ 与齿数的对应关系，如图3 所示。可见，压应力对弯曲应力的影响与齿数有关，而模数无关，而且随着齿数的变化而变化，齿数越少其影响越大，反之影响就越小，最终趋于一水平线。最小约为最大弯曲应力的8%，特别当h'hF< 1 时，压应力更小，可以忽略不计。这就是为了简化计算，在计算轮齿弯曲强度时一般只考虑弯曲应力的原因。从图2 可知，弯曲应力分为拉伸侧的拉应力和压缩侧的压应力。实际证明，拉伸侧是危险侧，因拉伸侧的`裂纹扩展速度较大。压缩侧有时虽裂纹出现较早，但发展速度较慢。所以大多数的公式以拉伸侧的应力作为设计时的计算应力。而且根据齿轮弯曲疲劳实验分析证明，考虑弯曲应力、压应力与只考虑弯曲应力的结果，实际上没有多大差别。因此，在齿轮弯曲疲劳强度计算中只考虑弯曲应力。
2. 3 齿面接触疲劳强度计算
图4 赫兹接触应力模型齿面接触疲劳强度计算是针对齿轮齿面疲劳点蚀失效进行计算的强度计算。1881 年，赫兹提出两个圆柱体接触时接触面上载荷分布公式，该式作为齿面强度计算的理论基础，如图4 所示。根据赫兹接触应力理论，在载荷作用下接触区产生的最大接触应力为σH = Fnπb·1ρ1± 1ρ21 - μ21E1+ 1 - μ22槡 E2( 3)式中，Fn为作用在圆柱体上的载荷; b 为接触长度;μ1、μ2分别为两圆柱体材料的泊松比; E1、E2为两圆柱体材料的弹性模量。ρ1、ρ2为两圆柱体接触处的半径，式中“+”号用于外接触，“-”号用于内接触。1898 年，拉塞根据法向力应用“压强”原理研究齿面的接触疲劳强度问题。1908 年，奥地利的维德基将赫兹的两个圆柱体的接触应力理论应用于计算轮齿齿面应力，并绘出了沿啮合线最大接触应力变化图。1932 年，英国BS 根据实验数据提出基础表面应力作为齿面强度计算方法。1940 年，美国AGMA 采用齿面强度最重负荷点的接触应力最大值计算方法。
1949 年，白金汉提出节圆上齿面接触应力不超过许用值的计算方法，后来该方法被许多计算方法所采用。1954 年，尼曼采用最大负荷点上滚动压力。至今，我国皆以赫兹公式作为计算齿面接触疲劳强度的理论基础，即以赫兹应力作为点蚀的判断指标。通常令1ρΣ= 1ρ1± 1ρ2，ρΣ称为综合曲率，对于标准齿轮，1ρΣ= 2d1 sin αi ± 1i 。并令式( 3 ) 中的ZE =1π 1 - μ21E1+ 1 - μ22E 槡为弹性影响系数。从而，获得渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳强度的基本公式为σH = ZEZH2KT1bd21i ± 1槡 i #[ σ ] H( 4) 式中，ZH = 2槡sin αcos α，称为区域系数，对于压力角α= 20°的标准齿轮，ZH≈2. 5。在机械设计手册或机械设计教材中，有关齿轮接触疲劳强度公式有很多版本，其中最常见的是将一对钢制标准齿轮齿面接触强度校核公式进行简化，取钢制齿轮的E1 = E2 =2. 06 ×105MPa，μ1 =μ2 =0. 3，便获得机械设计中常用的校核公式。σH = 671 KT1bd21i ± 1槡 i ≤[ σ ] H( 5)
2. 4 齿面胶合强度计算
齿轮另外一个常见的失效是齿面胶合。有关齿轮胶合比较统一的说法是: 相互啮合的两金属齿面，在一定的压力下直接接触发生黏着，同时又随着齿面运动而使金属从齿面上撕落而引起的黏着磨损现象。胶合分为冷胶合和热胶合。对于高速重载的齿轮传动，齿面瞬时温度较高，相对滑动速度较大，则容易发生热胶合。对于低速重载的重型齿轮传动，由于齿面间压力过大，导致齿面油膜被破坏，尽管齿面温度不高，但也容易产生胶合，称为冷胶合。
对于齿轮齿面胶合强度计算的研究，目前主要基于两种理论，一是基于Pv 值( 压力与速度的乘积) 或PTv ( T 为啮合点到节点的距离) 值作为计算胶合的指标。另一种是以齿面温度作为判定胶合的准则的布洛克算法。1975 年，温特提出积分温度法。现在ISO 的标准中主要以这两种方法为主。2003年，我国颁布“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”国家标准( GB - Z 6413. 1 - 2003和GB - Z 6413. 2 - 2003)。该标准等同采用了ISO/TR 13989 - 2000“圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法”。曾经有人试图以按弹性流体动力润滑理论计算齿面间的油膜厚度作为胶合的评判依据。
我国多数的机械设计教材中齿轮强度设计一般只提供齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两种计算方法，并未提供有关齿面胶合的强度计算公式。
3 结束语
文中分别对机械设计教学中有关齿轮的强度设计问题进行了分析和探讨，详细解读我国齿轮强度设计的历史沿革及现状，以及齿轮强度设计计算过程中让人困惑的问题及解决方法。研究指出，在齿轮弯曲疲劳强度的计算中，压应力对弯曲应力的影响是有限的，一般可忽略不计，只有当需要精确计算时，应当考虑其影响。论文的研究可以帮助齿轮设计人员和学生更好地理解齿轮设计中的相关内容，为将来从事机械设计工作打下良好的基础。
小模数齿轮齿形误差图像测量法权转菊 (西安东风仪表厂计量处 710065) 摘要:本文提出了一种小模数齿轮齿形误差测量的新方法,该方法在极坐标系下采集齿廓边缘 摘要 点的坐标值,通过测量模型计算获得齿形误差,符合齿形误差定义,具有较高的精度. 关键字:齿形误差 关键字 光学测量 极坐标 数学模型 引言小模数齿轮尤其是模数在 ～ 的小模数齿轮广泛应用于航天航空,国防,IT,钟 表等领域的精密仪器仪表制造中.作为关键的运动传动件,其质量直接影响到仪器仪表的运动精度, 噪音,寿命等.因此,实现对小模数齿轮的高精度测量是保证仪器仪表质量的一个关键技术问题. 小模数齿轮由于其模数小而齿数通常较多,齿槽空间很小,很难采用传统的齿轮测量技术和仪 器.目前,普遍采用的测量方法是轮廓投影比较法和分度盘展成法.轮廓投影比较法即在轮廓投影 仪上,将齿轮与标准放大图进行比较,从而判定加工齿轮的齿廓精度,这种方法显然不能实现精确 检测.分度盘展成法测量效率低,受找正误差,分度误差的影响精度并不是很高. 近年来,随着光 学坐标测量机的应用和发展,基于 CCD 技术的齿轮测量方法的研究不断增多.本文作者研究了在光 学坐标测量机上对小模数齿轮齿形误差进行精密测量的一种新方法. 1 数学模型的建立 展开角增量与展开弧长增量的关系 按渐开线形成原理,渐开线上某一点的曲率半径 ρ 等于基圆上形成渐开线的起点 A 到曲率半 径 ρ 与基圆切点 B 间的弧长,ρ 也即展开弧长, 其展开角 w 与 ρ 之间的关系为: w =ρ/ r0 (式 1) ? 式中: r0 为齿轮的基圆半径 当展开角 w1 增加w 转角时,展开弧长的增 量为ρ. 与ρ 之间有一定的比例关系, w 如当 齿轮转动一度, ρ1 应增加齿轮基圆圆周长度为 则 1/360,所以得如下关系式: ρ=2πr0w/360=π/180wr0 式中:ρ 为展开弧长增量 ( 2 B1 A1 A2 ?A 式 2) 图 (1) 渐 开 线 形 成 原 理 1 ρ=ρ2-ρ1 极坐标系下展开角与极径的关系 按照几何关系,从图中可以看出: ρ= R2 r 0 2 2 R12 r 0 2 (式 3) wx=w2-w1=B2+cos-1 r0 r -B1- cos-1 0 R2 R1 r0 r - cos-1 0 R2 R1 (式 4) 也即:wx=B2-B1+cos-1 将式 3 和式 4 代入式 2 得: 2 R2 r 0 R12 r 0 2 2 =π/180r0 2-B1+cos-1 (B r0 r - cos-1 0 ) (式 5) R2 R1 从式 5 中可以看出, 如果我们以齿轮中心为极坐标中心, 靠近渐开线起始点测量一点作为极坐 标起点,建立极坐标系,在此坐标系下齿形上各点极径与极角应满足式 5 中的关系. 2 齿形误差的测量 由于齿形误差的影响,实际齿廓上各点的坐标值与理论值有差异,即相对一展开角实际齿廓上 展开弧长与理论值有差异.变换式 5,我们可以求出实际齿轮左右齿廓上这种差异. f= Ri r 0 2 2 R12 r 0 -π/180r0 i-B1|+cos-1 (|B 2 r0 r - cos-1 0 ) Ri R1 (式 6) 这种差异也是齿廓上各点曲率半径与渐开线上相应的理论曲率半径的差异. 最小值与最大值之 差即为包容实际齿形的两条最近的理论渐开线间的法向距离,符合 GB10095-85 规定齿形误差ff 定 义(见图 2) ,则齿形误差为: ff=fmax-fmin (式 7) 齿 顶倒 棱高 度 ? 工 作部 分 设 计 齿形 齿 根 起始 工作 圆 图 1 齿形 误差 示意 图 2 3 测量实例选用有背光照明系统和 CCD 视像头的坐标测量机对一模数为 ,齿数为 50 的小模数齿轮 进行实际测量.首先以齿轮中心为坐标原点,以齿廓上大于基圆半径一点为起点建立极坐标,然后 对齿廓进行测量,求得各点的极径及极角,通过数学模型计算齿形误差.测量数据及结果见表 1. 表1 右齿 R(mm) ω(°) 360 f (mm) 0 R(mm) 齿形误差测量结果 左齿 ω(°) 0 f (mm) 0 齿形误差:0-()= 齿形误差:()= 4 结论本文结合渐开线展成原理对极坐标系下渐开线上各点坐标关系进行了分析, 并给出了数学模型, 由此得出齿形误差测量方法.通过测量实例对测量方法进行了说明. 这种方法与传统的使用分度盘 测量齿形的方法相比,同样是图像测量法,但由于少了分度盘的找正误差,分度误差等误差影响因 素,测量精度大为提高,并且可利用坐标测量机柔性定位功能,形成测量程序进行批量测量,实现 对小模数齿轮齿形误差的高精度,高效率测量. 3
汽车毕业论文参考文献
紧张而又充实的大学生活即将结束，毕业生都要通过最后的毕业论文，毕业论文是一种有计划的检验大学学习成果的形式，那么应当如何写毕业论文呢？下面是我整理的汽车毕业论文参考文献，仅供参考，大家一起来看看吧。
[1] 汽车AMT控制系统及离合器模糊控制方法的研究 重庆交通学院 2004 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[2] 中国汽车零部件行业发展模式研究 吉林大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[3] 汽车行业一体化(质量、环境、职业健康安全)管理体系认证的研究 吉林大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[4] 汽车驾驶员前方视野测量系统软件开发 吉林大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[5] 合肥汽车客运总公司发展战略研究 合肥工业大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[6] 哈尔滨成功汽车维修有限公司发展战略案例 哈尔滨工程大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[7] 汽车齿轮工艺的研究与应用 哈尔滨工程大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[8] 我国汽车企业品牌竞争力研究 湖南大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[9] 汽车造型中的张力和表现性研究 湖南大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
[10] 湖南汽车零部件产业发展研究 湖南大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库
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论文格式说明
(1)题目(仿宋_gb2312，三号字)力求简明、醒目，反映出文章的主题。中文文题一般以20个汉字以内为宜，不用非公知公认的缩写或符号，尽量避免用英文缩写。
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三、正文部分
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四、参考文献
参考文献其他部分统一使用四号宋体不加粗。“参考文献”本身要求用参考文献：(四号、宋体，加粗)。
五、致谢
致谢
两字本身用四号，宋体，加粗，居中。内容为四号宋体，不加粗。
我当年毕业的时候就是做的这个设计，你看看是这个吗 图纸我都有的。塑料齿轮模具设计及其型腔仿真加工摘 要：本课题来源于盐城羽佳塑业，任务是塑料齿轮模具设计及其型腔仿真加工.注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是将双联齿轮作为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。本设计对双联齿轮进行的注塑模设计，利用proe软件对塑件进行了实体造型，对塑件结构进行了工艺分析。明确了设计思路，确定了注射成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。 最后用mastercam仿真加工型腔。本课题通过对双联齿轮杯的注射模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。关键词：塑料模具；注射成型；模具设计；The design of gear plastic injection mold and cavity simulation processingAbstract: The subjects come from the Yujia Plastic Corporation. Task is what the design of gear plastic injection mold and cavity simulation processing. Plastic injection molding molding is an important method, which is primarily applicable to thermoplastic plastic molding, Molding can be a complex shape of precision plastic parts. To study the topic ,we make double-gear the design model, make the injection mold-related knowledge the basis for elaborate plastic injection mold design the designment we design double-gear with the injection mold design, using software proe to plastic parts to solid modeling, and making technics analysis to the structure of Plastic Parts for the definite the design,and identify the injection molding process as well as some specific details of the calculation and structure of such a design can be used to ensure reliable Die work ,to ensure cooperation with the other parts of the tie. Finally，simulation processing cavity with mastercam .we have consolidated and deepened the learning, gain a satisfied result, achieve the desired design intent through the process of double-gear mold words : Plastic mold; Injection molding; Mold design;目 录1 前言 12 模具总体设计 制品的分析 模具总体方案设计 注射机的选择 型腔数的确定 型腔的布局 分型面的确定 浇注系统设计 浇口的形式 流道、主流道衬套及定位环的设计 冷料井的设计 冷却系统的设计 模架的选择 导柱、导套的选择 导柱的选择 导套的选择 顶杆设计 复位杆 锁模力的校核 开模行程的校核 总装配图及三维造型图 总装配图 模具的三维造型图 173工艺分析及仿真加工 模具的注塑工艺分析 模具成型件制造工艺与加工工序 模具成型件制造工艺 模具成型件的加工工艺 数控仿真 204结论 25参考文献 26致谢 27附录
[1]计算机芯片的发展史樊莉丽;董先明;, 信息与电脑(理论版), 2010,(05), 192本文阐述了芯片对现代科技的重要作用,详细介绍了芯片的发展历史,并以芯片业巨头英特尔公司为参照对象,把芯片发展分阶段进行了总结。[2]一种对计算机发展史展开研究的策略应国良;马立新;, 中国教育信息化, 2010,(07), 15-16计算机是一种人造物,是历史的产物,其进化与更新换代凝聚了若干人的智慧。随着一线教学的深入,笔者认识到若不从历史源头上对计算机发展过程予以整体上的把握,将不利于进一步参与和推动它的发展。本文在先前研究者若干研究成果的基础上,提出一种研究策略和思路:以需求产生与满足为引子,以软硬交替发展为主线,以性能不断提高为成果,以突出学科交叉为亮点。[3]论计算机发展史及展望杨露斯;黎炼;, 信息与电脑(理论版), 2010,(06), 188自从1945年世界上第一台电子计算机诞生以来,计算机技术迅猛发展,CPU的速度越来越快,体积越来越小,价格越来越低。未来光子、量子和分子计算机为代表的新技术将推动新一轮超级计算技术革命。[4]充满创新火花的计算机发展史刘瑞挺;, 计算机教育, 2009,(05), 129-130<正>回顾计算机发明的历史,每一台机器、每一颗芯片、每一种操作系统、每一类编程语言、每一个算法、每一套应用软件、每一款外部设备……无不像闪光的珍珠串在一起,令人赞不绝口。每个事例都闪烁着智慧的火花,每件史料都述说着创新的思想。在计算机科学技术领域,这样的史实就像大海岸边的贝壳,俯拾皆是;当然,要找到珍珠就得下专门功夫了。[5]信息技术教师应该读什么书(二) 计算机及信息技术发展史魏宁;, 中国信息技术教育, 2009,(15), 91-93<正>列举信息技术的应用实例,了解信息技术的历史和发展趋势历来是信息技术教师较为头疼的地方。因为通常这一课是在教室中作为理论课来上的,而教材上相关的内容又较为浅显并显得知识容量不足。教师不得不精心备课,[6]浅析计算机病毒发展史程兴中;, 辽宁行政学院学报, 2008,(06), 248+252简述了从第一个计算机病毒出现到现在,计算机病毒随着操作系统和互联网的发展而进化的过程。并对网络病毒的各种类型和特点进行了分析。[7]从汉字发展史看计算机汉字输入对汉字发展的影响周凤英;, 洛阳工业高等专科学校学报, 2005,(04), 46-47+79汉字在经历了近百年的汉字落后论的批判之后,迎来了“汉字优越论”的曙光,这两种截然相反的论调让 我们深思这样一个问题:在信息高速发展的社会中,应该怎样正确对待计算机汉字输入对标志中华民族文化的汉 字及其发展产生的冲击呢?本文以历史的眼光,纵观汉字发展史,对计算机汉字输入将会给汉字发展产生的影响 进行了较为深入的剖析。[8]浅谈CPU发展史及计算机发展前景黎菁, 电脑知识与技术, 2004,(17), 61-63本文首先简单回顾了计算机的发展情况,然后介绍了计算机硬件中最重要部分的中央处理器简单原理并着重了它的发展史。然后根据摩尔定律对计算机硬件的发展历史和前景、计算机硬件软件化做了一番介绍。[9]计算机科学发展史上的里程碑王亚军, 计算机时代, 2004,(07), 7-8回顾计算机科学的发展历程,可以发现计算机科学的基本理论和原型技术近二十年来没有什么实质性的突破,计算机科学期待着一场新的革命。[10]难以忘却的——计算机发展史谌谦;, 中国中医药现代远程教育, 2004,(07), 47-48<正> 计算机是一种机器,是人类发明的一种工具。但是它与人类发明创造的其它工具有着本质的不同。人类发明的机器大多可以看作是人的手或脚的延伸。它们能够完成的是人原本需要耗费体力去完成的事情。而计算机则不同,它可以看作是人头脑的延伸,能帮助人做那些需要耗费人脑力完成的工作。计算机的发展逐渐改变着我们的生活。这当然离不开人类科技知识的[11]计算机硬件史话——回顾CPU散热器的发展史小甘;, 少年电世界, 2003,(05), 76-77<正> 大家都知道电脑的核心部件是CPU,它能否正常工作至关重要,而保护它正常工作的部件之一有散热器的责任。随着电脑的飞速发展,散热器也取得了相应的进步,它前后经历了从风冷散热到热导管再到最新的液冷散热。它们之间有什么不同,它们又是怎样发展的呢?让我们共同关注一下它们的情况吧。[12]历届图灵奖得主简介——《ACM图灵奖(1966—1999)——计算机发展史的缩影》刘建元,康兆华, 中国大学教学, 2000,(06), 27[13]大脑的延伸──计算机发展史孙小美;, 中国科技月报, 1998,(07), 60-62[14]步履维艰 前途光明——哈尔滨方正公司计算机部发展史张亚欣, 中外企业家, 1997,(11), 6<正> 记得在93年9月份,来自总部的消息,北大方正集团成为美国Digtal PC中国唯一总代理,心里踌躇。方正排版方兴未艾,怎么又有时间做PC?何总前瞻未来,迅速做出在方正分公司成立计算机部的决定。由于本人的爱好,这方面又稍有特[15]计算机发展史上的“世界第一”中国培训, 1995,(10), 45<正> 1.最早的第一种计算工具—— 算筹,是中国发明的,约在公元前一 千多年前,在公元六世纪算筹转变为 算盘。 2.第一把计算尺是1620年英国 E·冈特发明的,是一种直线式对数计算尺。 3.第一台能进行加减运算的机械计算机是法国B·帕斯卡1642年发明的,利用齿轮进行转动。 4.第一个发明二进制的逻辑代数的是英国G·布尔,布尔代数后来成为电子计算机硬件和软件设计的基础。[16]电子计算机发展史何力;, 人民教育, 1985,(03), 44<正> 第一代电子计算机1946年诞生于美国的陆军阿贝丁炮击场。它是一个庞然大物,占地面积170平方米,重量达30多吨,运算速度为每秒5,000次。它使当时的一切运算工具相形见绌。人工需要一个星期才能完成的弹道轨迹计算,它仅用3秒钟就完成了。[17]计算机五十年代发展史陈厚云,王行刚, 自然辩证法通讯, 1983,(04), 39-47<正> 五十年代是计算机从实验室走向实用化,从单机试制转向工业生产,计算机应用从科技计算扩展至数据处理的时期。这段历史所揭示的计算机行业的许多重要特征和发展规律,对于计算机发展后进的国家,至今仍然不无启迪。一、从实验室到实用化四十年代后期,美国普林斯顿高级研究所(The Institute for Advanced Study-IAS)云集了许多著名学者和工程师。其中有冯·诺依曼(von Neumann),研制美国第一台电子数字[18]信息时代的黎明——七十年代计算机发展史王行刚;陈厚云;, 自然辩证法通讯, 1982,(04), 51-59<正> 一、微型机迅猛拓广七十年代计算机发展最重大的事件莫过于微型机的诞生和迅猛拓广。1969年8月,一个年轻的设计人员,现在Zilog公司的创始人,提出了一项大胆的设想:(1)将日本设计的台式计算机中11片逻辑电路压缩成3片,即中央处理机、读写存储器和只读存储[19]电脑的成长:六十年代计算机发展史陈厚云;王行刚;, 自然辩证法通讯, 1980,(06), 52-63目前我国计算机事业的发展状况,从总的来看,大体上相当于美国六十年代初期水平。因此,研究国外、尤其是美国六十年代计算机发展所走过的道路,探讨分析其经验教训,对于我国计算机事业的今后发展是会有所启发、有所借鉴的。本文所作的是一个尝试。[20]火力发电厂采用控制计算机的发展史二川原诚逸;胡树松;, 华北电力技术, 1979,(Z2), 82-92+112日本日立公司应北京电业管理局的要求于1978年6月在陡河电站进行了一个多月的讲课,介绍有关控制机的情况,现将其中“控制机发展史”及“汽机、锅炉数学模型的建立方法”整理印出,以供参考。北京电业管理局控制机讲习班 1979年2月1日[1]生活情境法在大学计算机信息技术实验教学案例中的应用研究周蕾;, 长春理工大学学报, 2010,(09), 185-187针对大学计算机信息技术实验教学过程中出现的问题,以建构主义理论中抛锚式和支架式教学模式为依据,结合学生熟悉的生活情境,设计一套联系紧密的实验教学案例,让学生在教师搭建的脚手架帮助下,完成知识的意义建构过程。实验证明,该模式可以有效提高学生的信息素养和实践能力,提高课堂教学效率和效果。[2]浅议中职《计算机应用基础》课程教学职业生活化实践万兰平;, 科技信息, 2010,(29), 275+237《计算机应用基础》课程是中职学生的基础课程,我们希望学生通过学习这门课程,真正做到将所学运用于将来的职业生活的目的。对于我们职业学校的基础课程教师来说,我们应考虑如何让学生未来的职业生活走进我们的《计算机应用基础》课程教学。如何让抽象的计算机基础知识贴近职业生活?如何使计算机知识运用于职业生活?教师应该尝试创设具有专业职业生活气息,贴近学生认知水平的问题引入,举例职业生活实例,根据知识特点情况,将所教知识,点滴渗透,从而构建职业生活化实践的《计算机应用基础》教学。[3]改进日常生活中应用计算机检索信息的探讨权彦清;, 经营管理者, 2010,(23), 367互联网高速发展,信息爆炸的时代,计算机在我们获得信息的渠道上占据重要地位。本文从细节出发,介绍在日常生活中如何更好利用搜索引擎以及辅助相应的搜索策略,让我们在浩如烟海的信息中找到自己所需要的资料。[4]影像视频格式在计算机教学中与生活中的应用谢静波;, 科技信息(学术研究), 2008,(32), 553-554在我们的教学与日常生活中,音频、视频与我们紧密相连,教学怎样制作多媒体课件;日常生活中有手机、电视、电脑、MP4、MP5等等,怎样用好这些电器;随着网络的高速发展,流式视频格式越来越多,怎样上网看电视,下载视频?这都是摆在现代人前面的问题。本文从四个方面介绍影像视频格式与应用:一、本地影像视频;二、网络影像视频;三、视频格式大转换;四、在教学与生活中的应用。[5]计算机应用与我国少数民族生活方式何国强, 广西民族研究, 2000,(03), 29-34从 1 98 5年起 ,计算机软件开发和大规模产业化的发展将第三次技术革命推进至信息革命时代。电子计算机的应用开始渗透到了几乎一切生产领域 ,也正一步一步地走进人们的生活。本文从生活方式的角度分析计算机对人们的影响 ,以及对计算机在少数民族中应用的忧思 ,并提出利用计算机发展民族地区经济的建议[6]计算机在生活小区物业管理中的应用莫继红, 电脑与信息技术, 1997,(04), 29-30本文提出了用计算技术实现生活小区物业管理的一种方法，重点讨论了物业管理的目标以及应用系统的设计方法。[7]计算机在日常生活中的应用赵国求;, 武钢技术, 1985,(01), 74<正> 一、手表计算机日本制造了一种既可做手表用,又具有计算机功能的超小型手表计算机。它由手表,键盘和控制器三部分组成,手表可以单独使用,如果与键盘连结在一起,就成了一部完整的超小型计算机。手表内装有中央运算处理装置和五个大规模集成电路,可存储二千个单字和一百个左右的电话号码或七十个人的通讯地址。
原创就要收费了……
机电一体化技术及其应用研究摘 要 讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说明其在钢铁工业中的应用以及发展趋势。 关键词 机电一体化 技术 应用1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 网络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 绿色化 科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。2 机电一体化技术在钢铁企业中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢---连铸---轧钢综合调度系统、冷连轧等。 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。 现场总线技术(FBT) 现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4～20mA，DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。 交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。参考文献1 杨自厚． 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[J]．冶金自动化，1994（5）2 唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[J]．冶金自动化，1996（4） 3 唐怀斌． 工业控制的进展与趋势 [J]．自动化与仪器仪表，1996（4） 4 王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中国科学技术大学出版社，1996 5 林行辛． 钢铁工业自动化的进展与展望[J]．河北冶金，1998（1）6 殷际英． 光机电一体化实用技术[M]．北京：化学工业出版社，20037 芮延年． 机电一体化系统设计[M]． 北京：机械工业出版社，2004．电机功率转换的原理引言： 电机调速实质的探讨，是关系到近代交流调速发展的重要理论问题。随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和实践，很多有关文献和论著都把调速的转矩控制确认为调速的普遍规律，并提出调速的实质和关键在于电磁转矩控制。然而，这种观点尚缺乏理论和实践的证明，值得商榷。 本文根据电机功率转换的普遍原理，提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制，转速调节是功率控制的响应，其关键为如何通过电功率控制轴功率。 一、功率控制与转矩控制 根据机电能量转换原理，凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。主磁极的作用是建立主磁场，电枢则是与磁场相互作用将电磁功率转换为轴功率。 直流电动机的主磁极和电枢不仅结构鲜明，而且功能独立，无疑符合以上定义。而交流（异步）电动机通常以定子、转子划分构成，需加说明。 根据所述电枢定义，异步机的轴功率产生于转子，因此，异步机真正的电枢是转子。问题在于定子，一方面定子励磁产生主磁场，故定子是主磁极。另一方面，定子又通过电磁感应为电枢（转子）输送电磁功率，却不产生轴功率，因此定子又具有电枢的部分特征，这里我们把它称为伪电枢。定子的这种复合功能，是异步机区别于直流机的主要特征。 从电枢输出角度观察，电动机的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为： PM＝MΩ (1) 或 Ω＝PM／M （2） 公式（2）除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外，同时表明，电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节，前者简称功率控制，后者简称转矩控制。 1. 功率控制 功率控制是以轴功率PM为调速主控量， 作用对象必然是电枢或伪电枢。电磁转矩在调速稳态时，取决于负载转矩的大小。 即 M＝Mfz (3) 当负载转矩一经为客观工况所确定之后，电磁转矩就唯一地被决定了，因此电磁转矩不仅与调速控制无关，而且不能随意改变其量值。 电磁转矩对转速的作用表现在调速的过渡过程，转矩的变化是转速响应滞后的结果，此时，功率控制造成电磁转矩响应。 设电机调速前的稳态转速为Ω1，轴功率为PM1，调速后的稳态转速为Ω2，相应的轴功率变为PM2。 由于电磁转矩： M＝PM／Ω (4） 故调速时，电磁转矩变为： M＝PM2／Ω 由于受惯性的作用，在t＝0的调速瞬时Ω＝Ω1，故 M＝PM2／Ω1 t=0 此时的电磁转矩将与原来的电磁转矩M1＝PM1／Ω1不等，转矩平衡被破坏并产生动态转矩，电机转速在动态转矩作用下开始由Ω1向Ω2过渡，其变化规律为： Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2 （5） 电磁转矩则为：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2 随着时间增大，动态转矩减小，直至电磁转矩与新的负载转矩平衡，即： M＝PM2／Ω2＝Mfz， 转速稳定在Ω2不变，电机调速结束。 上述的调速过程可以由图1的框图说明。图1 功率控制的调速流程 功率控制作用的是电枢，主磁场或主磁通量保持不变，根据电机理论，电机的额定电磁转矩正比于主磁通量，受限于电枢的最大载流量。因此功率控制调速时，电机的额定电磁转矩输出能力不变，属于恒转矩调速。 2. 转矩控制 根据公式（2），电机转速在轴输出功率不变的前提下，与电磁转矩成反比。由于受电磁转矩以额定转矩为上限的约束，转矩控制实际上只能在额定转矩以下实现，因此属于恒功率调速。 电磁转矩的独立控制方法主要依据转矩公式： M＝CMΦmIS （直流机） (6) 或 M＝CMΦmI2COSφ2 （交流机） (7) 受控的物理量为主磁通Φm，由于主磁通量Φm产生于主磁极，因此转矩控制实际上是磁场控制，作用对象为主磁极。转矩控制调速同样要保证稳态时的转矩平衡，即： M＝Mfz 由于调速稳态时，电磁转矩发生了变化，因此要求负载转矩适应于电磁转矩变化，即要求负载跟踪电机。 转矩控制实际是弱磁调速，主要用于额定转速以上的调速。鉴于本文重点讨论的是功率控制，故不赘述。 二、功率控制的方法与性能 电机调速的轴功率控制只能通过电功率间接控制来实现。以异步机为例，图2是其等效三端口网络。 图2.异步机的等效网络 其中电枢（转子）除产生轴功率输出外，还产生以感应电压u2和电流i2为参量的电功率响应。由于该功率与转差率成正比，故称转差功率，其端口简称Ps口。 如果电机转子为笼型，其绕组呈短路状，Ps口为封闭不可控的。反之为绕线型，Ps口则是开启可控的， 转子可以通过Ps口输出或输入电功率。由此可见，异步机的功率控制调速有两种方式，一种是通过伪电枢间接对电枢实现轴功率控制；另一种是通过Ps口直接控制电枢轴功率。 前者主要适用于笼型异步机，后者则适用于绕线型异步机。 1. 定子伪电枢功率控制。 图3.异步机定子功率控制调速 作为伪电枢，定子向电枢（转子）传输的电磁功率： Pem＝P1－△P1 （8） 电枢的轴功率则为： PM＝Pem－△P2 (9) 故 PM＝P1－（△P1＋△P2） (10) 可见，控制伪电枢的输入功率P1或增大其损耗△P1就可以控制电枢的轴功率，后者显然是低效率、高损耗的调速，不宜推荐。 控制P1调速的唯一方法是调压━━变频， 即所谓的变频调速。由于： P1＝m1U1I1COSφ1 (11) 故对于电压源供电调节端电压U1是控制功率P1的必须手段。问题的关键是为什么不能单纯调压，而必须辅以变频？这是定子除了伪电枢的功能之外，还同时兼主磁极之故。 前已叙及，功率控制的要点有： ① 保持主磁通量不变 ② 作用对象是电枢或伪电枢 ③ 控制目标是轴功率 如果单纯调压而频率不变，定子的主磁极功能就要受到严重影响。根据电机理论，做为主磁极，定子的主磁通量： Φm＝E／ ＝KE1／f1 ≈KU1／f1 (12) 恒频调压的结果，主磁通Φm将随U1下降而减小，形成了前述的转矩控制。更主要的是此时不但未能控制功率P1，反而增大了电机损耗，与目的绝然相悖。 设负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程，电磁转矩： M＝Mfz＝const 又 M＝CMΦmI1COSφ1 ＝CMΦmI2COSφ2 (13) 设功率因数不变，定转子电流I1、I2将随主磁通Φm下降而正比增大，其结果功率P1不变，但定转子损耗： △P1＝m1I 12 r1 △P2＝m2I 222 r1 将按电流的平方律增大。根据式（10），轴功率控制虽能实现，却属低效率高损耗的调速。 为此，异步机定子的功率控制调速，必须要将定子的主磁极和伪电枢两种功能游离开。针对同一定子绕组，一方面使主磁极产生的磁场保持稳定，同时又要控制其向电枢传递的电磁功率。 于是变频调速建立了一条重要原则，就是调压变频，且保证V／F（压频比）为常数，这样就确保了上述控制要求的实现。顺便指出，近代变频调速的矢量控制，实际上就是遵循这一原理。矢量控制的核心思想，是把磁场与转矩游离开，分别加以控制，认为调速的根本在于转矩，而事实上游离的却是磁场和电磁功率，虽然结果无误，但理论上必须加以澄清。 2. 转子功率控制 对于绕线转子异步机的调速，可以利用转差功率端口━Ps口直接控制轴功率。方法是由Ps口移出或注入转差功率。需要指出： ① 所述的转差功率应区别经典电机学中的转子损耗转差功率，为此将后者称为转子损耗功率，记以△P2。 ② 转差功率有电能与热能之分，分别记以Pes和Prs，两者性质不同，对调速的影响也不同。 图4.异步机转子功率控制调速 当在转子的Ps口引入电转差功率Pes时，转子的轴功率： PM＝（Pem±Pes）－△P2 （14） 式中的Pem为定子向转子传输的电磁功率，电转差功率的负号表示从Ps口移出，正号表示从Ps口注入。Pes属电功率，故与电磁功率相合成，结果使轴功率PM发生变化，电机转速得到相应调节。 电转差功率调速的典型实例是串级调速和双馈调速，前者的电转差功率为负，流向为从转子移出，故实现的是额定转速以下的调速。后者的电转差功率可以双向流动，既可以移出，又可以注入，因此可以实现低同步和超同步两种调速。 当Ps口引入的是热转差功率Prs时， 转子的轴功率则为： PM＝Pem－（△P2＋Prs） (15) 显然热转差功率的引入，增大了电枢（转子）的损耗，轴功率随Prs的增大而减小，其典型例子是异步机转子串电阻调速。 三、功率控制的理想空载转速，效率与机械特性 根据电机学，电动机的理想空载转速主要取决于电枢的电磁功率，因有： Ω0＝Pem／M （16） 由于电磁转矩为负载所决定，理想空载转速Ω0就决定于某一负载条件下电磁功率的大小。 功率控制调速的电枢功率可以综合表达为： PM＝∑Pem－∑p2 （17） 相应的转速： PM／M＝∑Pem／M－∑p2／M （18） Ω＝Ω0－△Ω (19) 其中Ω0＝∑Pem／M为功率控制调速的理想空载转速，因此调节电枢的电磁功率可以改变电机的理想空载转速。换言之，电机的理想空载转速取决于电枢的电磁功率。又，△Ω＝∑p2／M 为电机的转速降。由此表明增大电枢损耗，可以增加电机转速降。 电机调速的效率表达为： η＝PM／（P1－∑pi） ＝PM／（Pem－△P2) 因此，在一定的轴功率PM输出条件下，控制电磁功率的调速是高效率的节能型调速，而控制损耗功率的调速必然是低效率的耗能型调速。 公式（18）同时刻画出了功率控制调速的机械特性，当连续改变电磁功率∑Pem时，如果损耗功率不变，电机的理想空载转速随∑Pem连续变化，其机械特性为一族平行的曲线。而增大损耗，电磁功率不变时，电机理想空载转速不变，改变的只是转速降，其机械特性为一族汇交型曲线。如图5给出了两种调速的定性曲线。 图5 a.电磁功率调速特性 b.转速降调速特性 综上所述，可以得出以下结论： ① 电磁功率控制调节的是理想空载转速，损耗功率控制调节的是转速降。 ② 电磁功率控制是高效率节能型的调速，其机械特性必为平行曲线族。损耗功率控制属低效率耗能调速，其机械特性必为汇交型曲线族。 四、异步机调速的分类与方法 与按n＝ 60f1/p·(1-S）表达式不同，根据本文所述的电机调速功率控制理论，异步机调速可分类表示如下： 性质/方案 控制点/变量 方法 要点 五、结论 1. 电机调速的基本原理有两种，一为轴功率控制，二是转矩控制。转矩控制实际是磁场控制，适于恒功率调整。 2.轴功率控制的作用对象是电枢或伪电枢， 并最终只能通过电功率控制来实现。其中，电磁功率调节的是理想空载转速，损耗功率改变的是转速降。前者为高效节能型，后者为低效耗能型，两者的机械特性亦由此决定。 3. 轴功率控制的调速具有恒转矩特性，电磁转矩的变化是转速响应滞后所造成的，调速稳态时，电磁转矩只决定于负载，与控制无关。 4. 变频调速和电转差功率控制调速同属电磁功率控制调速，两者性能一致，并无本质差别。
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