农机链传动的可靠性设计 张广义 王义行 农业机械学报-1994年3期.pdf

7 l 9 9 年9 月 农 业 机 械 学 报 第2 5 卷第3 期 农机链传动 的可靠性设 计 张广 义王 义 行 Z 2 多 5 z 乙 摘要 按 照 农机 链工 况 的特 点 提 出 了对农 机 链传 动进 行可 靠性 设计 时 的前提 条件 论证 J 了 蹦链条 疲 劳可 靠性 作 为链传 动可 靠性 评定 指标 的理 由 选 定 了具体 进行 链 传动 可靠性 计算 的方 法 文 中首次 为读 者提 供 了计 算链 传动 可靠 性的 实例 叙 词 型 加碱 农业机械上使用的链条 不仅载荷变化大 而且季节性很强 尽管一年内使用的时间并 不 太长 但是在 作业 季节 为赶农时要求链条可靠工作 农业机 械设 计手册 中有关链传动设计 计 算的 内容是一般性 的 对农业机械缺乏足够 的针对性 手册 中给 出的基础技术性能 数据 与 国产链 条的性能并不统一 所 以设 计结果具有一定 的盲 目性 为了改变 这一现状 本文以可 靠性设计基本原理为基础 结合农机链传动的使用特点 通过对链条产品性能测试 提出实 用的农机链传动可靠性设计方 法 以此来提高所设计的链传动本 身固有 的可靠性 1 农机 链 传动 一 般使 用条 件 在农业机械上一般均把链条作 为易损件处理 这是开展可靠性设计时 的前提 众所 周知 产品的可靠性是指在规定条件 下和 规定时间内完成规 定功能 的能力 这 3项规定 的具体 内容 基本上 取决于产 品的使用条件 依据农 机链 传动的一般工况 这 3项规定可 作如 下考虑 规定条件 农 机链 传动属润滑较差的中 低速传动 因而其 主要 失效 形式 是链 条的疲劳 与磨损伸 长 规定 时间 常规的链传动设计计算资料均是按工作寿命 为 1 5 0 0 0 h左右给 出的 农机链条 由于季节性强 其工作 寿命要求 可远 远低于此数字 在参考文献 1中规定农机链使用 寿命为 2 0 0 0 h 考虑到 国产链条 的实际质 量 可规 定为两班制工作 3个月 即 1 4 4 0 h 规定功能 链条是按额定功率曲线来选用的 一般选用传动链条应在额定功率曲线的范 围 内工 作 按照农机链传动工况 特点 允许在超过功率 曲线规定承载能力 1 O 的载荷 下工 作 也就是说 如果 以疲 劳作 为链 条失效模式判据 当该链条的疲劳极限为 时 链条 的最 大工 作载荷可取 1 1 对应 的循 环基 数 N 一 5 1 0 2 可靠性指标 的确定 对链传动装置来说 链条 的使 用寿命 比其它零部件的使用 寿命要短得 多 如链轮 的使 用 张 广义吉林工 业大学 链 传动研 究所副研 究员 1 3 0 0 2 5 长春市 王 义行吉 林工 业大学 链 传动研 究所教授 维普资讯 农业机械学报 寿命是链条 使用寿命 的 2 3 倍 因此 链条 的可靠性决 定着链传动的可靠性 确 定链 条的可靠性 首先需要确定 可靠性指标 对农机上 的链条 来说 由于多在 中 低 速工况 下使用 其 主要的失效形式是疲 劳与磨损 因此 曾盲 目地 出现 同时规定强度与磨损 两项作 为链条 可靠 性指标的做法 事实 上链 条磨损后的伸长是逐渐 出现的过程 链条 伸长后 产 生的垂度 还可以通 过调 整张紧装置 以消除链条 磨损伸长后带来 的不 良影 响 所以磨损失效 判断不具 有 明确性 显著性与 实用性 又考虑到在确定可靠性 指标 时 对不同工况链条疲劳 与磨 损两项指标的加权方法是 不同的 因而在可靠性检验 中对 磨损 失效的判别无甚意义 综 上所 述 对链传动进 行可靠性设计 时只能选用疲劳强度一项 指标 亦即链传动的可靠工作寿 命取决 于链条疲劳可靠工作寿命 进行 计算时选用可靠度 R作为可靠性尺度 3 链 条疲劳可靠性的计算 限于 总体 条件 当前 在农业机械 上欲开 展链 传动的可 靠性 设计还 只能 以验算的方式进行 如发现可靠度太低 可通 过提高链条质量或 降低载荷 减步工作 时间等措施 来提 高可 靠度 以 保 证所设计的链传动在规定 时间 内实现规定功能 计 算链条可靠度可按通 用方 法进 行 在按规 定条件和 功能使用 易操作 易理解 的方 法进 行 计算时 需要具备下列两个条 件 掌握链条疲劳强度 的分布 型式 经研究 链条 的疲劳 强度 与疲 劳寿命都是符 合威 布尔 分 布的 一 采用两参数 的威布 尔分布 已能正确地拟合疲劳寿命 事先选取链条 的形 状参数 卢与尺度参数 t 的数值 这两 个数值是按 以实际工况 为依据 制定的试验规范进行试验后 通过数据分析处理得到的在一定误差与置信度条件下的数据 具 体试验与数据处理 的方法 见参 考文献 5 具备 了上述两项条件 即可 按下式计 算 出威布 尔分布 的概率 密度 函数 f f T e 寺 1 0 f0 由 即可进一步按式 2 计算出可靠度 函数 R R0 1一FO 1一 I导 e d t 2 J 0 f0 O 对规 定工 作时间要 求的链条 可靠度 最终 可按式 3 求得 R e 一 3 4 计算实例 现有 一接常规设计确 定的链 传动 装置 其具体参数为 小链轮齿数 Z 一 1 9 主动轮转 速 一 2 8 6 r rai n 速 比i 一 3 链长L 一 i 0 0 c m 中心距 A 一 3 0 c m 链条能承受的最大工 作载荷为 2 6 5 0 N 选用的链条为 8 0 年代初某链条厂生产的 B系列节距为 9 5 2 5 m m 0 6 B 的 普通标准滚子链 验算其 可靠性 按上述工 况拟 订该 链条 疲劳 强度性 能试验规范 施 加的交变载荷最大值 F 2 6 5 0 N 最小值 2 6 5 N 试验链段为 5个链节 3个 内链节 2个 外链 节 试样数 一 6 求取 卢与 t 值 记录在 疲劳试验机上测得的链段疲劳破坏 时交变载荷 的循环 次数 此 数值需折算成 相当于链段 长为 3 o节时的循环次数 具 体折 算办法见参考文献 6 然后依失效 维普资讯 第 3期 农机 链 传动 的可 靠性 设计 应力循环次数由小到大依序排列 采用最好线性无偏估计来进行数据处理 利用 可靠性试验 用表 可完成这一环节 得到 的结果 填入 下表 链条试验结果数理统计表 已经折算成链段长为 3 0 节时的数据 当失效应力循环次数 依次为 时 威 布尔分 布中的参数 和 卢可按 式 4 与式 5 进 行计 算 l n t 0 D n r j l n N j 4 等 一 C n r j ln N 5 式 中 D n 为 1 n 的最 好线性无偏估计 系数 C n r 为 1 的最好线性无偏估计系数 g 为修偏系数 由表查得为 0 8 6 8 0 具体计 算结果 为t 一 e 一 e 2 4 6 1 0 卢一 而0 2 3 0 1 2 3 0 2 6 1 6 3 8 4 一 计算 在规 定时 间内的应力循 环次数 当规 定时 问为 1 4 4 0 h时 其 t 值为 一 1 4 4 0 l Z 6 0 1 4 4 0 2 8 6 1 9 6 0 4 6 1 0 计 算 出可靠度 R值 R e e 等 一e m 0 0 6 由以上计算结果表明该链条在规定的 1 4 4 0 h的时间内不能可靠工作 当然整个链传动装 置 必然也是不可靠 的 欲提高链传 动的可靠性 可采取多种措施 如提高产 品质量档次 改 变传动参数 缩短链条更换时间等 现以提高链条产品质量档次为例 重新计算此链传动装置的可靠度 经采取强化措箍 如喷丸 挤孔 预拉等 链条的疲劳性能可大为提高 达到 t 一 2 0 8 1 0 卢 1 5 3 6 如用这一档次的链条其 可靠度 R值为 R e 等 一0 9 0 6 计 算结果表 明链传 动 的可 靠度已大 大提 高 可见 利用这种方法可设计 出具有足够可靠 性的链传动 5 结 论 1 在由常规设计确定的链传动装置的基础上 通过计算其可靠度来评价链传动的可靠 维普资讯 农业机械学报 性 是 当前 开展 链传动可靠性 设计时现实可用 的方 法 2 对链传动进行可靠性设计 的主要 内容是计算链条 的可靠性 计算 时宜选 用链 条疲 劳作 为可靠性指 标 可靠度 R作为可靠性尺度 3 对链传动进行 可靠性设计 时 要 有符合链条 产 品性 能与 使用工况 的 t 与 卢值作 为支 撑 当前获取这两项数据还 只能是通过具体的试验来实现 事实上 取 得正确的 t 与 9值是 保证可靠性设计 结果 可用与否的关键 参考文献 1 王 义行 农业 机 械 中设计 链条 装 置应 注意 的 问题 吉林 省 农机学 术年 会 论文 集 吉林 省农机学 会 编 19 87 2 部 志峰等 链 传 动 北 京 机械 工 业 出版社 1 9 8 4 3 牟致 忠可靠 性设 计 北 京 机 械工 业 出版 社 1 9 9 3 4 上 山忠 夫 结 构 可靠性 北京 机 械工 业出 版社 1 9 8 8 8 徐灏 机 械强 度 的可 靠性 设计 北 京 机械 工业 出 版社 1 9 8 1 6 孟祥 宾 王 义行 链节 数 对链 段疲 劳性 能的 影响 机 械传 动 1 9 9 Z L 7中国 电子 技 术标 准所 可 靠性 试验 用表 北 京 国防工 业 出版社 1 9 8 7 THE RELI ABI LI TY DES I GN OF CHAI N DRI VE OF AGRI CULTURAL M ACHI NE Zh a n g Gu a n g y i W a n g Yi x i n g Ji l i n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y Abs t r ac t Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r o f a g r i c u l t u r a l ma c h i n e t h e p a p e r p u t s f o r wa r d p r e mi s e r e q ui r e me n t s o f c h a i n d r i v e r e l i a b i l i t y d e s i g n o f a g r i c u l t u r a l ma c h i n e Th e p r e mi s e r e q u i r e me n t s a r e t h e s e t c o n d i t i o n g i v e n b y d r i v e o f mi d d l e o r l o w s p e e d wi t h b a d l u b r i c a t i o n t h e s e t t i me g i v e n b y a b o u t 1 5 0 0 h o u r s t h e s e t f u n c t i o n g i v e n b y 1 1 t i me s o f c h a i n r a t i n g p o we r On t h e b a s i s o f r e q u i r e me n t s t he p a p e r d e mo n s t r a t e s t h a t t h e r e l i a b l e I i r e o f c h a i n d r i v e i s d e c i d e d b y c h a i n f a t i g u e a l t ho u g h t h e f a t i g u e a n d we a r e l o n g a t i o n o f c h a i n a r e t wo ma i n f a u l t t y p e s S o t h e r e l i a b i l i t y i n de x i s c h a i n f a t i g u e o n l y Th e p a p e r p o i n t s O U t t h a t f o r ma k i ng r e l i a b i l i t y de s i g n o f c h a i n d r i v e i t mu s t h a v e t h e v a l u e s o f t a n d 9 wh i c h f i t o wn p e r f o r ma n c e a n d wo r k c o n d i t i o n s o f c h a i n p r o d u c t No w t h e v a l u e s o f t 0 a n d卢c a n b e g o t f r o m t e s t o n l y Th e p a p e r p r o v i de s t h e c a l