（机械工程专业论文）大型轨梁轧机主传动人字齿轮损坏机理及防治措施的研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t m a i nl a m b d o i d a lt r a n s m i s s i o n g e a ro ft h eg r e a tg i r d e rr o l l i n gm i l l i st h ek e y m a c h i n eo ft h i ss y s t e m i t sb e l o n g st ob i gm o d u l u sw i d e g e a re n d u r i n gh e a v y l o a d ss o i t ss u r f a c ei se a s yt ob eh u r t i nt h el a s t2d e c a d e sd r o pc o r r o d i n g ，d e s q u a m a t i n ga n d d i s t o r t i o nh a dh a p p e n e di naf e ws e t so f9 5 0 8 5 0 8 0 0m a i nl a m b d o d i a it r a n s m i s s i o n g e a rl o c a t e d i nr o l l i n gm i l l p l a n to fp a n z h i h u as t e e l & i r o nf a c t o r y t h a t s ah i d d e n t r o u b l ef o rt h es a f er u n n i n go f m a c h i n e t h et h e s i sb a s e so nt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no f t r a n s m i s s i o nm e s ho fm a i nt r a n s m i s s i o ng e a ra tt h es a m et i m eu s e st h eb u s i n e s sf i n i t y e l e m e n ts o f t w a r et od e t a i l a n a l y z et h ed a m n i f i c a t i o nd e g r e e t h e nc o m p a r e sw i t h c o n t a c ts t r e s sa n dv o n m i s e ss t r e s si nan o r m a ls t a t e a t1 a s t c o r r e c t l yr e c o g n i z et h e a c c r e t i o no fs t r e s sw h i c hi si n d u c e db yd a m n i f i c a t i o n i td e d s e e sf r o mt h er e s u l t so f c a l c u l a t i o nt h a tt h em a x i m a lc o n t a c ts t r e s sh a v eao b v i o u sa c c r e t i o na tt h eh u r ts p o t t h e q u a n t i t yi sm a y b e 1 5t i m e st h a nt h en o r m a ls t a t e b u tt h eb e n ds t r e s sa l m o s tt h es a m e b a s e so nt h er e s u l ta n dm a i n t e n a n c em e a n s p r o p o s i n g as u g g e s t i o na b o u tt h ef e a s i b i l i t y o f m a i n t e n a n c e u s i n gm a n u a la r cw e l d i n gt od e a lw i t ht h ed a m n i f i c a t i o nb e l ta b o u t 5 0 m m l o n gr e s u l tf r o mc o n t i n u o u ss p o tw h i m l o o k sl i k eac i r c l ew i t h2 m m d e e p n e s p o t sd i a m e t e ri sf r o m3 m mt o l o m m a b o u ts p o tf a c eh u r tu s i n gb l a z ew e l d i n go r r e s i s t a n c ew e l d i n g u s i n g m e l t i n gd i f f u s ew e l d i n g t od e a ls l o td i s f i g u r e m e n t k e y w o r d s ：g e a r , f i n i t ee l e m e n t , d a m n i f i c a t i o n ，c o n t a c ts t r e s s ，b e n ds t r e s s ，m a i n t a n a n c e 1 绪论 1 绪论 1 1 轧机简介【l j 【2 j 1 1 1 轧机在冶金企业中的地位 钢铁厂的最终产品是由各种轧钢机轧制出来的各种钢材，钢材的品种、质量和 产量标志这个钢铁企业的实力和水平。所以轧机是钢铁企业的核心设备。 在许多钢铁厂或钢铁公司中，初轧机被称为咽喉设备，在没有连铸的工厂中， 所有后续工序的轧钢厂的原料都由初轧机来供应，初轧机的产量和质量直接影响 到整个钢铁厂或钢铁公司的产量和质量。像鞍钢二初轧厂的1 1 5 0 初轧机、本钢的 11 5 0 万能板坯机等关键设备都被列为冶金部的部控设备。 1 1 2 轧钢机的工作原理 轧钢机的种类繁多，其性能和用途也多种多样，其构造形式差异很大。但是不 论多么复杂的轧机，其基本原理都是一对轧辊咬入被轧的工件而进行轧制的，如 图1 1 。现在通过理想的一般轧制过程来说明，首先假定： 两个轧辊都由电动机通过传动系统驱动；两个轧辊直径相同； 两个轧辊转速相同；- $ l 件等速运动； 轧件只受到轧辊的压力，没有受到前拉力和后拉力； , v l 件为各向同性均质材料，轧制温度和变形抗力一致。 满足这六个条件的这种轧制叫做简单v l $ i j ，在实际生产中没有这种理想的轧 制状态。为了说明轧制过程中的各个要素，规定下列符号： d 一轧辊直径lr = d 1 2 - - 车l 辊半径；h o - - 轧前轧件高度；h 轧后轧件高度： b 0 - - 轧前轧件宽度；b 。一轧后轧件宽度：10 - - 轧前轧件长度；1 ，一轧后轧件长度； 口咬入角；a b 一咬入弧( 接触弧) ；，咬入弧水平投影； n 一轧辊转速。 凸n 咎二 l j 图1 1 轧制过程示意图 f i g u r e l 1t h ei l l u s t r a t i o no f t h ep r o c e d u r eo f r o u i n g l 1 绪论 1 绪论 1 1 轧机简介【l j 【2 j 1 1 1 轧机在冶金企业中的地位 钢铁厂的最终产品是由各种轧钢机轧制出来的各种钢材，钢材的品种、质量和 产量标志这个钢铁企业的实力和水平。所以轧机是钢铁企业的核心设备。 在许多钢铁厂或钢铁公司中，初轧机被称为咽喉设备，在没有连铸的工厂中， 所有后续工序的轧钢厂的原料都由初轧机来供应，初轧机的产量和质量直接影响 到整个钢铁厂或钢铁公司的产量和质量。像鞍钢二初轧厂的1 1 5 0 初轧机、本钢的 11 5 0 万能板坯机等关键设备都被列为冶金部的部控设备。 1 1 2 轧钢机的工作原理 轧钢机的种类繁多，其性能和用途也多种多样，其构造形式差异很大。但是不 论多么复杂的轧机，其基本原理都是一对轧辊咬入被轧的工件而进行轧制的，如 图1 1 。现在通过理想的一般轧制过程来说明，首先假定： 两个轧辊都由电动机通过传动系统驱动；两个轧辊直径相同； 两个轧辊转速相同；- $ l 件等速运动； 轧件只受到轧辊的压力，没有受到前拉力和后拉力； , v l 件为各向同性均质材料，轧制温度和变形抗力一致。 满足这六个条件的这种轧制叫做简单v l $ i j ，在实际生产中没有这种理想的轧 制状态。为了说明轧制过程中的各个要素，规定下列符号： d 一轧辊直径lr = d 1 2 - - 车l 辊半径；h o - - 轧前轧件高度；h 轧后轧件高度： b 0 - - 轧前轧件宽度；b 。一轧后轧件宽度：10 - - 轧前轧件长度；1 ，一轧后轧件长度； 口咬入角；a b 一咬入弧( 接触弧) ；，咬入弧水平投影； n 一轧辊转速。 凸n 咎二 l j 图1 1 轧制过程示意图 f i g u r e l 1t h ei l l u s t r a t i o no f t h ep r o c e d u r eo f r o u i n g l 重庚大学辗士学位论文 l 。1 。3 车l 锻謇蠢分类 下面从备种不同的角魔对轧钢机谶行分类，按用途分类也就悬按产品的特点 分类，可分为半成品轧机和成品轧机两类：半成品轧机包括：各种初轧机、钢坯 遴麓援及中，l 、受开坯撬，一般爱毒l 辊妻经d 表示荬大夺。 成品轧机包括：各种溅钢轧机( 轨梁、大、中、小型和线材轧机) ，钢板轧 机、钢管轧机及特殊用途轧机( 如轮箍轧机) 等。型钢轧机用d 液示其大小。钢 板车l 机熙车i 辘骞长度表示獒大小。 1 2 攀钢9 5 0 8 5 0 8 0 0 轧机简介 攀钢9 5 0 8 5 0 8 0 0 轧机是由我国自彳予设计制造的轧制设备。它最由电机通过主 联辘器窝凌竣凝痤孛豹入譬蠹轮辘，爱麓上、下万囊矮辘，壶上、下万蠢接孽囊豢 幼上、下轧鞭旋转来轧制工件。 圈1 + 2 攀销孰粱厂9 5 0 筑撬 f i g u r e1 2t h e9 5 0t o n i n gm i l lo f g i r d e rf a c t o r yi np a n z h i h u as t e e lc o m m u n i t y 1 - 3 攀钢轨梁厂9 5 0 8 5 0 8 0 0 轨梁轧机测试报告 轧制压力的测量和标定，辜l 割压力采用贴有箔式艘交片的瓣匿头作为信号发童 器，爱y 3 d 6 黧动态电阻驻交仅放大，s c 。l 型示浚嚣记录。乾铡力矩的测塞籁标 定，轧制力矩的测量以传动轴本身作为弹性测扭元件，粘贴箔式威变片测量，应 变片粘贴在轴体表面与母线成4 5 。角的童应力方向，缀成全桥。通过测定，初步摸 瀵了魏掇在生产三耱典墼产燕辩豹受耨( 羲麓力、筑键力矩、惫滚) 壤弦，慧静 说来，9 5 0 牟l 机是工字钢负荷最大、重轨其次；8 0 0 轧机是工字铜最大、重轨其次， 2 重庚大学辗士学位论文 l 。1 。3 车l 锻謇蠢分类 下面从备种不同的角魔对轧钢机谶行分类，按用途分类也就悬按产品的特点 分类，可分为半成品轧机和成品轧机两类：半成品轧机包括：各种初轧机、钢坯 遴麓援及中，l 、受开坯撬，一般爱毒l 辊妻经d 表示荬大夺。 成品轧机包括：各种溅钢轧机( 轨梁、大、中、小型和线材轧机) ，钢板轧 机、钢管轧机及特殊用途轧机( 如轮箍轧机) 等。型钢轧机用d 液示其大小。钢 板车l 机熙车i 辘骞长度表示獒大小。 1 2 攀钢9 5 0 8 5 0 8 0 0 轧机简介 攀钢9 5 0 8 5 0 8 0 0 轧机是由我国自彳予设计制造的轧制设备。它最由电机通过主 联辘器窝凌竣凝痤孛豹入譬蠹轮辘，爱麓上、下万囊矮辘，壶上、下万蠢接孽囊豢 幼上、下轧鞭旋转来轧制工件。 圈1 + 2 攀销孰粱厂9 5 0 筑撬 f i g u r e1 2t h e9 5 0t o n i n gm i l lo f g i r d e rf a c t o r yi np a n z h i h u as t e e lc o m m u n i t y 1 - 3 攀钢轨梁厂9 5 0 8 5 0 8 0 0 轨梁轧机测试报告 轧制压力的测量和标定，辜l 割压力采用贴有箔式艘交片的瓣匿头作为信号发童 器，爱y 3 d 6 黧动态电阻驻交仅放大，s c 。l 型示浚嚣记录。乾铡力矩的测塞籁标 定，轧制力矩的测量以传动轴本身作为弹性测扭元件，粘贴箔式威变片测量，应 变片粘贴在轴体表面与母线成4 5 。角的童应力方向，缀成全桥。通过测定，初步摸 瀵了魏掇在生产三耱典墼产燕辩豹受耨( 羲麓力、筑键力矩、惫滚) 壤弦，慧静 说来，9 5 0 牟l 机是工字钢负荷最大、重轨其次；8 0 0 轧机是工字铜最大、重轨其次， 2 重庚大学辗士学位论文 l 。1 。3 车l 锻謇蠢分类 下面从备种不同的角魔对轧钢机谶行分类，按用途分类也就悬按产品的特点 分类，可分为半成品轧机和成品轧机两类：半成品轧机包括：各种初轧机、钢坯 遴麓援及中，l 、受开坯撬，一般爱毒l 辊妻经d 表示荬大夺。 成品轧机包括：各种溅钢轧机( 轨梁、大、中、小型和线材轧机) ，钢板轧 机、钢管轧机及特殊用途轧机( 如轮箍轧机) 等。型钢轧机用d 液示其大小。钢 板车l 机熙车i 辘骞长度表示獒大小。 1 2 攀钢9 5 0 8 5 0 8 0 0 轧机简介 攀钢9 5 0 8 5 0 8 0 0 轧机是由我国自彳予设计制造的轧制设备。它最由电机通过主 联辘器窝凌竣凝痤孛豹入譬蠹轮辘，爱麓上、下万囊矮辘，壶上、下万蠢接孽囊豢 幼上、下轧鞭旋转来轧制工件。 圈1 + 2 攀销孰粱厂9 5 0 筑撬 f i g u r e1 2t h e9 5 0t o n i n gm i l lo f g i r d e rf a c t o r yi np a n z h i h u as t e e lc o m m u n i t y 1 - 3 攀钢轨梁厂9 5 0 8 5 0 8 0 0 轨梁轧机测试报告 轧制压力的测量和标定，辜l 割压力采用贴有箔式艘交片的瓣匿头作为信号发童 器，爱y 3 d 6 黧动态电阻驻交仅放大，s c 。l 型示浚嚣记录。乾铡力矩的测塞籁标 定，轧制力矩的测量以传动轴本身作为弹性测扭元件，粘贴箔式威变片测量，应 变片粘贴在轴体表面与母线成4 5 。角的童应力方向，缀成全桥。通过测定，初步摸 瀵了魏掇在生产三耱典墼产燕辩豹受耨( 羲麓力、筑键力矩、惫滚) 壤弦，慧静 说来，9 5 0 牟l 机是工字钢负荷最大、重轨其次；8 0 0 轧机是工字铜最大、重轨其次， 2 l 绪论 方钢最小；8 5 0 轧机圆钢( ( p 1 4 0 ) 最大，工字钢、重轨其次，方钢最小。9 5 0 黧轧 机在正常轧制工字钢时，第七道负荷最大，轧制压力最大为1 3 2 9 吨，在七个邋次 中，第龋、五、七道压力都超邋1 0 0 0 吨。8 0 0 轧枫在正常轧铆中，工字钢第二道 次的负麓最大，最大轧制力为5 4 7 吨，低温时为8 3 2 吨。此时，第二道次中辊辊 颈安全系数为4 4 。乾秘温度魑影响负荷最主要的函素。如8 0 0 轧祝的第二遥的蟊三 常轧制温度为1 0 4 0 1 1 0 0 ，轧制压力为5 4 7 吨，扭矩7 3 吨米，电流为3 0 7 0 安培； 丽当温度为9 6 0 时，辘镪压力增至8 3 2 吨，强矩1 1 0 吨米，电流5 0 5 0 安培，帮 负荷增加了5 0 5 7 。 1 411 0 0 8 5 0 8 0 0 人字齿轮轴损伤的现场勘查 攀枝花钢铁公司怒我国重簧嚣钢铁生产基羹羹，箕下藩荤绞鞔粱厂囊要生产耋 轨、型钢等一系列钢材产品。在生产过程中，由于外界环境漱度较高，同时，轧 税受爱复；串击载蘅终爝，辜l 瓠鹣转凄浚轮表瑟遭受委不闲程度瓣援蘩，在实嚣瀚鲞 过程中发现虽然轧机齿轮的参数不同，但其损伤类型大同小异。具体来说，肖以 下a 秘爨型接伤： 在齿轮中部，出现直径为8 m m 、深度为2 m m 的近似圆形孔洞。 在蠹轮孛部，魄瑗壶逡续套坟缝残魏故约5 0 m m 豹擐伤蒂。坟近经圆形， 孔径3 - 1 0 m m 不等、深约2 m m 。 在8 5 0 _ 褪8 0 0 入字基轮遗根黪近，出瑷长约5 0 m m 、宽约2 m m 、涤约2 m m 的近似长方形槽。1 t 0 0 人字齿轮的齿根附近出现了长3 5 0 m m 、宽4 m m ： 深l 。5 m m 的避议楼损伤。 对于8 5 0 轧机，特别的出现了齿面被磨薄了l m m ，被磨薄部分长约8 6 m m 的损伤。 圈l 。3 入字落轮缺陷圈 f i g u r e1 3t i i ep i c t u r eo f h e r r i n g - b o n eg e a rf a u l t s 3 l 绪论 方钢最小；8 5 0 轧机圆钢( ( p 1 4 0 ) 最大，工字钢、重轨其次，方钢最小。9 5 0 黧轧 机在正常轧制工字钢时，第七道负荷最大，轧制压力最大为1 3 2 9 吨，在七个邋次 中，第龋、五、七道压力都超邋1 0 0 0 吨。8 0 0 轧枫在正常轧铆中，工字钢第二道 次的负麓最大，最大轧制力为5 4 7 吨，低温时为8 3 2 吨。此时，第二道次中辊辊 颈安全系数为4 4 。乾秘温度魑影响负荷最主要的函素。如8 0 0 轧祝的第二遥的蟊三 常轧制温度为1 0 4 0 1 1 0 0 ，轧制压力为5 4 7 吨，扭矩7 3 吨米，电流为3 0 7 0 安培； 丽当温度为9 6 0 时，辘镪压力增至8 3 2 吨，强矩1 1 0 吨米，电流5 0 5 0 安培，帮 负荷增加了5 0 5 7 。 1 411 0 0 8 5 0 8 0 0 人字齿轮轴损伤的现场勘查 攀枝花钢铁公司怒我国重簧嚣钢铁生产基羹羹，箕下藩荤绞鞔粱厂囊要生产耋 轨、型钢等一系列钢材产品。在生产过程中，由于外界环境漱度较高，同时，轧 税受爱复；串击载蘅终爝，辜l 瓠鹣转凄浚轮表瑟遭受委不闲程度瓣援蘩，在实嚣瀚鲞 过程中发现虽然轧机齿轮的参数不同，但其损伤类型大同小异。具体来说，肖以 下a 秘爨型接伤： 在齿轮中部，出现直径为8 m m 、深度为2 m m 的近似圆形孔洞。 在蠹轮孛部，魄瑗壶逡续套坟缝残魏故约5 0 m m 豹擐伤蒂。坟近经圆形， 孔径3 - 1 0 m m 不等、深约2 m m 。 在8 5 0 _ 褪8 0 0 入字基轮遗根黪近，出瑷长约5 0 m m 、宽约2 m m 、涤约2 m m 的近似长方形槽。1 t 0 0 人字齿轮的齿根附近出现了长3 5 0 m m 、宽4 m m ： 深l 。5 m m 的避议楼损伤。 对于8 5 0 轧机，特别的出现了齿面被磨薄了l m m ，被磨薄部分长约8 6 m m 的损伤。 圈l 。3 入字落轮缺陷圈 f i g u r e1 3t i i ep i c t u r eo f h e r r i n g - b o n eg e a rf a u l t s 3 重庆大学硕士举位论文 颇对上述情况，在实际生产过程中大多每隔一定时间将其拆下梭查，根据经验 来倍计齿轮怒否能够继续使麓。由予牟l 机齿轮十分笨重，馥拆卸将耗费大爨的入 力物力。同时，经验估计有很大的局限性和不确定性o “0 1 。随着有限元法的发展， 特剐蹩现代计算梳硬件靛发袋。一麓大垂商糟有限元分丰斤软件蘸很好的解决齿轮 啮合过程中的接触应力和弯曲应力问题”1 ，所以有限元方法融成为求解大型复杂结 构豹逶焉方法。1 1 0 0 8 5 0 8 0 0 入字滚轮技术参数表热表1 i 所示： 表1 11 1 0 0 8 5 0 8 0 0 人字齿轮技术参数表 t a b l e1 。1t h et e c h n o l o g i cp a r a m e t e r t a b l eo f l l 0 0 8 5 0 8 0 0h e r r i n g - b o n eg e a r 参旋 中心口e齿轮轴数量 齿数 齿轮轴模数凿轮轴1 l 孬斜角齿轮轴重薰 缸巍 支)( ) ( 擎) 吨 9 5 0 吼1 1 0 022 24 52 5 。5 0 3 2 ”4 3 8 8 0 0 象瘤k8 0 032 23 03 4 。2 4 罅 ”3 5 s 8 5 0 辛i 机8 5 022 23 33 1 。2 0 1 5 ”1 5 7 材质：3 4 c r m o 4 2 m n v 7 1 5 本文的工作 齿轮组程靶机辘制过程中起着至关重要静作用，通过齿轮的传动来带动轧辊 进行正作，宅的安全性和损伤是我们所关注的话题。虽然国内外对此作了大量的 工僚隆f l l l ，德由于辜0 梳系统瓣复杂愁戳及筑梳工俸条件鹃多变惶，特尉是对于大 模数宽斜齿轮而言，建立能确切模拟轧机齿轮系统模型还有许多问题有待解决【“1 。 由予攀钢鞔粱厂9 5 0 8 5 0 8 0 0 麓乾辊程筑镯过程中豹黧要注及齿轮转动孛密魏豹援 伤问题，本文开展了以下工作： 对三耱齿轮潞蜣静襄实损痿遴露详鬃瓣分橱，劳与秃搂伤获态下静接戆应 力和v o m m i s e s 应力相比较，对出现由于损伤而导致应力值增大有一个正 确瓣谈谈。 根据计算结果和现有的修复手段对齿轮出现的损伤提出一个w 行性修复建 议及侵翅孛藏采取瓣接旌。 4 重庆大学硕士举位论文 颇对上述情况，在实际生产过程中大多每隔一定时间将其拆下梭查，根据经验 来倍计齿轮怒否能够继续使麓。由予牟l 机齿轮十分笨重，馥拆卸将耗费大爨的入 力物力。同时，经验估计有很大的局限性和不确定性o “0 1 。随着有限元法的发展， 特剐蹩现代计算梳硬件靛发袋。一麓大垂商糟有限元分丰斤软件蘸很好的解决齿轮 啮合过程中的接触应力和弯曲应力问题”1 ，所以有限元方法融成为求解大型复杂结 构豹逶焉方法。1 1 0 0 8 5 0 8 0 0 入字滚轮技术参数表热表1 i 所示： 表1 11 1 0 0 8 5 0 8 0 0 人字齿轮技术参数表 t a b l e1 。1t h et e c h n o l o g i cp a r a m e t e r t a b l eo f l l 0 0 8 5 0 8 0 0h e r r i n g - b o n eg e a r 参旋 中心口e 齿轮轴数量 齿数 齿轮轴模数凿轮轴1 l 孬斜角齿轮轴重薰 缸巍 支)( ) ( 擎) 吨 9 5 0 吼1 1 0 022 24 52 5 。5 0 3 2 ”4 3 8 8 0 0 象瘤k8 0 032 23 03 4 。2 4 罅 ”3 5 s 8 5 0 辛i 机8 5 022 23 33 1 。2 0 1 5 ”1 5 7 材质：3 4 c r m o4 2 m n v 7 1 5 本文的工作 齿轮组程靶机辘制过程中起着至关重要静作用，通过齿轮的传动来带动轧辊 进行正作，宅的安全性和损伤是我们所关注的话题。虽然国内外对此作了大量的 工僚隆f l l l ，德由于辜0 梳系统瓣复杂愁戳及筑梳工俸条件鹃多变惶，特尉是对于大 模数宽斜齿轮而言，建立能确切模拟轧机齿轮系统模型还有许多问题有待解决【“1 。 由予攀钢鞔粱厂9 5 0 8 5 0 8 0 0 麓乾辊程筑镯过程中豹黧要注及齿轮转动孛密魏豹援 伤问题，本文开展了以下工作： 对三耱齿轮潞蜣静襄实损痿遴露详鬃瓣分橱，劳与秃搂伤获态下静接戆应 力和v o m m i s e s 应力相比较，对出现由于损伤而导致应力值增大有一个正 确瓣谈谈。 根据计算结果和现有的修复手段对齿轮出现的损伤提出一个w 行性修复建 议及侵翅孛藏采取瓣接旌。 4 2 齿轮强度计舞 2 齿轮强度计算 2 1 引言 齿轮传动怒我国机械行监的重要健韵形式f l 弘，因觚动齿轮蘑按严霪，掰蔽有 必要进行强度分析，特别是以2 个齿轮啮合状态为模烈的模拟计算同类型传递大 功率鸯轮系统都缀有实际意义。在计算中我稻采取了较为真实豹三维蜜俸穰黧来 模拟齿轮齿面所受的损伤，模溅采用接触问题计算。 对于齿轮按齄阖熬，主、获动轮佟为接触戆两令秘俸，礁合帮往我们按嚣摩 擦接触模型处理。严格地讲，对每个齿轮来说从开始齿顶的接触到最厢从齿根脱 开这一过程中，每令不目瓣阔囊予袁轮旋转竣簸部位举嗣嚣警致窿力分枣选不藏 ”，但在实际勘查中发现，损伤大多出现在齿轮中部和齿根附近，故而将计算模 鳖懿接越点选在蠢轮禳始噻合部位帮串部静繁嚣韬焘土。对予不溺类篷懿鞋极豹 损伤，本文都作了详细的介绍。其计算和分析结果将在后面给出。 2 2 几何模裂 严格戆谖，三维凡嚣摸型戏该完众菠浃巍轮静实鼯大小及实嚣形拨，毽虫子 本身模型太大，完整地作出三维模型将导致有限元网格过密、节点过多，给计算 磐来不硬。钟慰轧捉巍轮在实骣生产= i 篷程中靛传动啮会蝽况，并且菇了分板阏题 的方便，本文选取了对啮合齿为研究对象，由于两啮合齿究全相同，根据损伤 大小，选取宽度方向必5 0 m m 鹣厚度，由于对象是宽斜滤轮、5 0 m m 的厚度稳慰子 整体厚度来说较小，所以认为宽度方向是直的。图2 1 、图2 2 、图2 3 分别为9 5 0 型、8 5 0 型、8 0 0 型轧机齿轮峨合齿的三维几能模型。 袭2 11 1 0 0 型轧桃齿轮的嘴合特性参数 t a b l e 2 ，1t h em e s hc h a r a c t e r i s t i co f11 0 0 - g e a r i 齿数法向模数端面模数理论齿高( m m )中心距( w a n l螺旋角( i 2 24 55 01 0 1 2 51 1 0 02 5 8 3 2 齿轮强度计舞 2 齿轮强度计算 2 1 引言 齿轮传动怒我国机械行监的重要健韵形式f l 弘，因觚动齿轮蘑按严霪，掰蔽有 必要进行强度分析，特别是以2 个齿轮啮合状态为模烈的模拟计算同类型传递大 功率鸯轮系统都缀有实际意义。在计算中我稻采取了较为真实豹三维蜜俸穰黧来 模拟齿轮齿面所受的损伤，模溅采用接触问题计算。 对于齿轮按齄阖熬，主、获动轮佟为接触戆两令秘俸，礁合帮往我们按嚣摩 擦接触模型处理。严格地讲，对每个齿轮来说从开始齿顶的接触到最厢从齿根脱 开这一过程中，每令不目瓣阔囊予袁轮旋转竣簸部位举嗣嚣警致窿力分枣选不藏 ”，但在实际勘查中发现，损伤大多出现在齿轮中部和齿根附近，故而将计算模 鳖懿接越点选在蠢轮禳始噻合部位帮串部静繁嚣韬焘土。对予不溺类篷懿鞋极豹 损伤，本文都作了详细的介绍。其计算和分析结果将在后面给出。 2 2 几何模裂 严格戆谖，三维凡嚣摸型戏该完众菠浃巍轮静实鼯大小及实嚣形拨，毽虫子 本身模型太大，完整地作出三维模型将导致有限元网格过密、节点过多，给计算 磐来不硬。钟慰轧捉巍轮在实骣生产= i 篷程中靛传动啮会蝽况，并且菇了分板阏题 的方便，本文选取了对啮合齿为研究对象，由于两啮合齿究全相同，根据损伤 大小，选取宽度方向必5 0 m m 鹣厚度，由于对象是宽斜滤轮、5 0 m m 的厚度稳慰子 整体厚度来说较小，所以认为宽度方向是直的。图2 1 、图2 2 、图2 3 分别为9 5 0 型、8 5 0 型、8 0 0 型轧机齿轮峨合齿的三维几能模型。 袭2 11 1 0 0 型轧桃齿轮的嘴合特性参数 t a b l e 2 ，1t h em e s hc h a r a c t e r i s t i co f11 0 0 - g e a r i 齿数法向模数端面模数 理论齿高( m m )中心距( w a n l螺旋角( 2 24 55 01 0 1 2 51 1 0 02 5 8 3 鬟庆丈学颈士学位论文 塑2 ，i1 1 0 0 型轧规誊轮憨蠛会兰维几蔼模型 f i g u r e2 it h e3 - d m e s hg e o m e t r y m o d e l o f l l 0 0 - g e a r 表2 28 5 0 型轧机齿轮的啮台特性参数 t a b l e2 2t h em e s hc h a r a c t e r i s t i co f 9 5 0 - g e a r i 搬数法向模数 端面模数理论齿商( h n )中心譬巨f m m )螺旋角 l i 2 23 33 8 6 2 7 4 58 5 03 1 3 l 6 2 齿轮强度计算 圈2 28 5 0 型轧规搬轮匏噻舍三缎凡辩搂型 f i g u r e2 2 t h e3 - dm e s hg e o m e t r ym o d e lo f $ 5 0 - g e a r 寝2 38 0 0 型轧机齿轮的啮合特性参数 t a b l e2 3 t h em e s hc h a r a c t e r i s t i co f 8 0 0 - g e a r i 齿数法向模数端蟊模数瑗论齿离( r a m ) 中心距( h l m )螺旋角( 。) l 2 23 03 6 _ 3 6 5 7 58 0 0 3 4 4l ， 鬟庆大学硕士学位论文 图2 38 0 0 型轧机齿轮的啮合三维几何模型 f i g u r e2 3 t h e3 - 1 ：) m e s hg e o m e t r ym o d e lo f 8 0 0 - g e a r 在进行接触成力计算时，三种齿轮采取同样的材料模型，选取的材料为普通 钢，其物理参数为；弹牲摸量必2 0 6 e ll p a ，涫裣逆为o 3 。 2 3 载荷模型伽2 1 1 确定齿轮碡会进程齿蠢载耱分毒裒瓷鬻载萄分配燕壤蘧分撰霪轮强度戆基 础。影响轮齿齿谳载荷的因素肖系统及轮齿误差、系统及轮齿刚度、啮合位置、 载荷因素、跑合及修形等。常规分析中采用的齿向载荷分布系数和齿间载荷分配 系数黪蓬系数难缓耩薅接述凌甏载穗。鑫璞谂霹知。在蠢溪苓线瓣运载费较大，在 齿面两端部，由于刚度较小，齿灏载荷也较小。但为了处联问题的方便，而且由于 轧机的模型是宽斜齿轮所以切向可按施加均布载荷处理。轧机的力能参数如下表 爱承： 鬟庆大学硕士学位论文 图2 38 0 0 型轧机齿轮的啮合三维几何模型 f i g u r e2 3 t h e3 - 1 ：) m e s hg e o m e t r ym o d e lo f 8 0 0 - g e a r 在进行接触成力计算时，三种齿轮采取同样的材料模型，选取的材料为普通 钢，其物理参数为；弹牲摸量必2 0 6 e ll p a ，涫裣逆为o 3 。 2 3 载荷模型伽2 1 1 确定齿轮碡会进程齿蠢载耱分毒裒瓷鬻载萄分配燕壤蘧分撰霪轮强度戆基 础。影响轮齿齿谳载荷的因素肖系统及轮齿误差、系统及轮齿刚度、啮合位置、 载荷因素、跑合及修形等。常规分析中采用的齿向载荷分布系数和齿间载荷分配 系数黪蓬系数难缓耩薅接述凌甏载穗。鑫璞谂霹知。在蠢溪苓线瓣运载费较大，在 齿面两端部，由于刚度较小，齿灏载荷也较小。但为了处联问题的方便，而且由于 轧机的模型是宽斜齿轮所以切向可按施加均布载荷处理。轧机的力能参数如下表 爱承： 2 齿轮强度计算 表2 4 轧机的力能参数表 t a b l e2 4t h ep o w e r - e n e r g yp a r a m e t e rt a b l eo f r o l l i n gm a c h i n e 参数 么型 功率( k w ) 转速( 转，分) 额定力矩( 吨米)最大力矩( 吨米) 1 1 0 0 2 x 2 6 5 07 0 7 4 1 8 5 8 5 02 1 8 0 0 1 0 0 3 58 7 5 8 0 02 x 3 2 5 01 4 04 41 1 0 2 4 边界条件 将被动轮轮体作为固定约束，主动轮轮体作放松x 向的约束处理。具体的边 界条件如下所示： 图2 411 0 0 型轧机齿轮约束边界条件 f i g u r e2 4t h er e s t r a i n tb o u n d a r ye o n d i t i o no f11 0 0 - g e a r 9 2 齿轮强度计算 表2 4 轧机的力能参数表 t a b l e2 4t h ep o w e r - e n e r g yp a r a m e t e rt a b l eo f r o l l i n gm a c h i n e 参数 么型 功率( k w ) 转速( 转，分) 额定力矩( 吨米)最大力矩( 吨米) 1 1 0 0 2 x 2 6 5 07 0 7 4 1 8 5 8 5 02 1 8 0 0 1 0 0 3 58 7 5 8 0 02 x 3 2 5 01 4 04 41 1 0 2 4 边界条件 将被动轮轮体作为固定约束，主动轮轮体作放松x 向的约束处理。具体的边 界条件如下所示： 图2 411 0 0 型轧机齿轮约束边界条件 f i g u r e2 4t h er e s t r a i n tb o u n d a r ye o n d i t i o no f11 0 0 - g e a r 9 燕庆大学硕士学位论文 1 1 0 0 型轧机 8 5 0 型轧机： 图2 511 0 0 型轧机齿轮载荷边界条件 f i 9 2 。5t h el o a db o u n d a r yc o n d i t i o no f11 0 0 - g e a r 图2 68 5 0 型轧机齿轮约束边界条件 f i g u r e2 6 t h er e s t r a i n t b o u n d a r yc o n d i t i o no f 8 5 0 - g e 镕r 1 0 2 齿轮强度诗舞 8 0 0 型辜l 规； 豳2 78 5 0 型轧机齿轮载荷边界条件 f i g u r e2 7 t h el 。a db o u n d a r yc o n d i t i o no f 8 5 0 - g e a r 幽2 88 0 0 型轧机齿轮豹束边界条件 f i g u m2 8 t h er e s t r a i n tb o u n d a r yc o n d i t i o no f 8 0 0 - g e a r 重庆丈学硕士学位论文 强z 98 0 0 型筑枫齿轮载萄边界条舞 f i g u r e2 9 t h el o a db o u n d a r yc o n d i t i o no f 8 0 0 - g e a r 2 5 计算工况 2 2 9 】 在转辊滚轮嚣撩魅诗算串，绞索迭界条徉释载骜边界条律是不变豹，交纯鹣 只是损伤部位和尺寸。对三种不同的轧机，根据现场观察的损伤，对3 种损伤情 援分期终了分撬，餐翻了无攒侮帮鸯缓褒馕激下熬接皴应力葶羹整薅v o nm i s e s 凌力 分布图。无损伤情况下，各趔号轧机齿轮的v o nm i s e s 应力和表面接触应力分布 毯。 3 挽救工程概述 3 挽救工程概述 3 1 用挽救工程技术及其适用范围 理想的修复技术应满足的要求是： 修复部位的强度与母材相当，以保证使用性能。 修复区、热影响区的强度与母材相当，以保证加工性能及使用性能。 外观色泽与母材基本相近。 修复后工件的变形量应控制在一定范围内。 工件效率高。 具有经济性。 劳动条件好，无环境污染。 铸件挽救工程技术的分类： 熔焊 溶解扩散连接法 扩散连接法 喷涂 电刷镀 激光焊补 粘接技术 3 2 熔焊 凡是将金属熔化，创造扩散条件而形成永久结合的方法都属于熔焊( 如电弧 焊、气焊等) 。熔焊产生的缺陷：金属材料的熔焊质量与焊接工艺、焊接材料 及基体金属的可焊性有关。工业上绝大多数金属材料是可焊的，只是焊接时的难 易程度不同。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分，对碳钢和低合金钢可用碳 当量估算可焊性，碳当量的计算公式： c e = c + ( s i + p ) 1 3 + m n 6 + ( c r + m o + 5 + ( n i + c u ) l s ( ) 根据经验，当c 。( 0 4 时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，焊接时一 般不需预热( 但厚大件或在低温下焊接，也应考虑预热) 。 当c e = o 4 , - - 0 6 时，钢材的可焊性较差，需要预热和措施； 当c 。) o 6 时，钢材的可焊性差，需要采取较高的预热温度和一定的 工艺措施。 3 挽救工程概述 3 挽救工程概述 3 1 用挽救工程技术及其适用范围 理想的修复技术应满足的要求是： 修复部位的强度与母材相当，以保证使用性能。 修复区、热影响区的强度与母材相当，以保证加工性能及使用性能。 外观色泽与母材基本相近。 修复后工件的变形量应控制在一定范围内。 工件效率高。 具有经济性。 劳动条件好，无环境污染。 铸件挽救工程技术的分类： 熔焊 溶解扩散连接法 扩散连接法 喷涂 电刷镀 激光焊补 粘接技术 3 2 熔焊 凡是将金属熔化，创造扩散条件而形成永久结合的方法都属于熔焊( 如电弧 焊、气焊等) 。熔焊产生的缺陷：金属材料的熔焊质量与焊接工艺、焊接材料 及基体金属的可焊性有关。工业上绝大多数金属材料是可焊的，只是焊接时的难 易程度不同。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分，对碳钢和低合金钢可用碳 当量估算可焊性，碳当量的计算公式： c e = c + ( s i + p ) 1 3 + m n 6 + ( c r + m o + 5 + ( n i + c u ) l s ( ) 根据经验，当c 。( 0 4 时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，焊接时一 般不需预热( 但厚大件或在低温下焊接，也应考虑预热) 。 当c e = o 4 , - - 0 6 时，钢材的可焊性较差，需要预热和措施； 当c 。) o 6 时，钢材的可焊性差，需要采取较高的预热温度和一定的 工艺措施。 3 2 1 手工电弧焊 3 2 1 。l 电弧焊的特点及设备： 嘏弧浑是一耱秘爰电孤撬鼷盼热量使众溪生产熔焊缝合鲍方法。彀瓠是奁烽 条端部和待焊基树表面之间燃烧的。电弧焊操作简单，嫩产率高。另外，由于电 弧焊加热集中，焊件受热面积小，引起焊接变形也小。因此，得到广泛的应用。 翡蠡： 电弧产生大量的热能和光能，在空气中点燃电弧濂度达7 0 0 0 左右； 应用不同的电极，所产生的弧柱最黼温度亦不同，中心温度最高； 电弧温度陡焊接电流强度的增加蔼增商； 手工宅弧弹设备 电源：直流弧焊发电机、威流弧焊整流器和交流弧焊变压器。弧烨电源设备 的容赣应根据使用时的最大电流及负荷率、药皮及焊条选取。 袭3 1 电弧焊电源设备的特点表 t a b l e3 1t h ec h a r a c t e r i s t i ct a b l eo f e l e c t r i c - w e l dp o w e rd e v i c e 项目弧焊发电机弧焊整流器弧焊交援器 电流种类直流赢流交流 电弧稳定性好好较差 磁偏欢较大较大很小 稳造与维修鞍繁较筵单夔荸 噪音大缀小较小 供电三相供电一般为三相供电一般为单相供电 功率因数较赢较菇较低 窝载损耗较大较小小 成本高较高低 触电危险较小较小较大 整璧较重较轻轻 3 。2 1 2 焊接材料 a ：络褥镢焊条 5 0 3 挽救工程概述 表3 2 焊缝金属强度等级的编排 t a b l e3 2t h ea r r a a g i n gt a b l eo f t h eg r a d e o f w e l d i n g l i n em e t a li n t e n s i t y 牌号焊缝抗拉强度等级( m p a )焊缝屈服强度等级( m p a ) j 4 2 x4 2 0 3 3 0 j 5 0 x4 9 0 4 1 0 j 5 5 x5 4 0 4 4 0 j 6 0 x 5 9 05 3 0 j 7 0 x6 9 0 5 9 0 j 7 5 x 7 4 06 4 0 j 8 0 x7 8 0 6 9 0 j 8 5 x8 3 0 7 4 0 j 9 0 x 8 8 0 7 8 0 儿0 x 9 8 0 8 8 0 b ：铸铁焊条 表3 3 铸铁焊条简明特征表 t a b l e3 3t h es i m p l ec h a r a c t e r i s t i ct a b l eo f c a s ti r o nw e l d i n gr o d 牌号药皮类型焊缝主要成分( )焊接特点 主要用途 小电流，预热普通灰口铸铁的非加 z 1 0 0 氧化型碳钢系 4 0 0 以上工面焊补 z 1 1 6小电流。多层高强度灰口铸铁及球 低氢型高钒钢( v = i l ) z 1 1 7焊，不预热墨铸铁焊补 采用冷焊工艺，普通灰口铸铁的非加 z 1 1 2 f e 铁粉钛钙型碳钢系 不易裂工面焊补 预热4 0 0 ，缓 z 2 0 8石墨型c 3 ，s i = 4普通灰口铸铁焊补 冷 z 2 3 8c = 3 - 4 ，s i = 2 3 预孰5 0 0 球墨铸铁件焊补 c = 3 5 - 4 ，s i = 3 5 ，大工件应预热、 z 2 3 8 s n c um n = 0 5 ，球化剂适缓冷。连续分段球墨铸铁件焊补 量焊接 石墨型 大电流、正接性 c 鸪2 ，s i = 4 ， 施焊，大刚性部球墨铸铁及高强度灰 z 2 3 8 f m n = 0 5 ，球化剂适 件应预热，并应口铸铁件的焊补 量 用加热减应法 5 i 重庆大学硕士学位论文 z 2 4 8c 3 5 ，s i = 3 0 ，冷焊应采用较 较大灰口铸铁件的焊 大电流、连续施 c