李超藝(東北林業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱 150040)

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齒輪減速器可靠性分析

李超藝
(東北林業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱 150040)

【摘 要】可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標(biāo), 是直接影響生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)及人身安全的大問題,因而,在國外倍受重視,并且向計算機(jī)和環(huán)境科學(xué)一樣得到驚人的發(fā)展。近年來隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,產(chǎn)品的使用場所更加廣泛,環(huán)境更為復(fù)雜,這樣使得整個系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)會顯著增加,而整個系統(tǒng)發(fā)生故障將會造成經(jīng)濟(jì)上的損失和人身安全。因此,復(fù)雜化與可靠性存在著尖銳的矛盾。本文介紹了齒輪減速器的可靠性定義及考核項目,齒輪減速器的故障樹及可靠性評定分析,通過對齒輪減速器可靠性分析使我們了解到,一臺減速器是否能達(dá)到理想的使用效果,其性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)都必須達(dá)到要求,現(xiàn)在我們把可靠性作為齒輪減速器考核的一項指標(biāo),對提高齒輪減速器的使用效果是時分必要的。

【關(guān)鍵詞】齒輪減速器 可靠性 故障樹

1 引言

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，許多行業(yè)的機(jī)械設(shè)備、電子元器件的使用環(huán)境比較復(fù)雜。很多產(chǎn)品要在比較惡劣的條件下使用，這樣就要求設(shè)備要有較好的使用性能和較高的可靠性。技術(shù)的進(jìn)步使得各行業(yè)的裝備產(chǎn)品功能更強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜使得系統(tǒng)某一部分失效后會導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生故障。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時可能會造成經(jīng)濟(jì)上的損失和危害人身安全。因此，設(shè)備系統(tǒng)的復(fù)雜化和可靠性之間存在著一定的矛盾。

可靠性是考核產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，可靠性對經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)及安全將產(chǎn)生重大的影響。因此國外對可靠性非常重視，而且在這方面發(fā)展的很快。

我國在機(jī)械可靠性理論和應(yīng)用研究方面起步較晚，為了解決我國某些機(jī)械產(chǎn)品壽命低，故障高，維修費用高的問題，盡快進(jìn)行可靠性技術(shù)的研究和應(yīng)用，是提高我國機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。

2 齒輪減速器的考核指標(biāo)和可靠性:

考核齒輪減速器可靠性的方法:(1)試驗室疲勞壽命試驗。(2)現(xiàn)場使用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

在過去評價齒輪減速器是按性能進(jìn)行評價的，一般按下列條件:1)傳動比范圍、承載能力；2)傳動效率及平穩(wěn)性；3)壽命和噪音。

在引入可靠性后，把其它指標(biāo)作為性能指標(biāo)，把壽命作為可靠性指標(biāo)更為合理，也有利于考核。在實際操作過程中，如果其它指標(biāo)都很高，但設(shè)備的故障率高，壽命低，那這樣的產(chǎn)品也是沒有意義的，也很難得到大面積的推廣使用。

(圖一)

(表一)

(表二)

(圖二)

產(chǎn)品的可靠性是指:產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。[1]齒輪減速器的可靠性是指:在許用工作負(fù)荷與轉(zhuǎn)速及其它規(guī)定的工作條件下，能夠正常運轉(zhuǎn)的壽命。

3 齒輪減速器的故障分析及分類

故障分析是指在故障發(fā)生以后，對失效樣品進(jìn)行細(xì)致的檢測和分析，找到失效原因及產(chǎn)生失效的后果。

3.1 故障模式

找到齒輪減速器失效的故障模式，采取預(yù)防措施防止故障的發(fā)生，是提高齒輪減速器可靠性的重要措施。

3.1.1 按故障發(fā)生的界域分類

(1)自身故障:是由減速器在設(shè)計、制造、裝配過程中自身原因的故障。

(2)外部故障:是由于在使用過程中產(chǎn)生的故障，如:工作環(huán)境沒達(dá)到要求，設(shè)備過載等。

3.1.2 按對完成任務(wù)的影響分類具體見(表一)

3.2 故障樹分析法

3.2.1 故障樹的構(gòu)造

用故障樹進(jìn)行分析時，先要把系統(tǒng)發(fā)生故障的事件作為頂事件，把造成頂事件的直接原因排在下邊，再根據(jù)它們之間的邏輯關(guān)系，用邏輯門將頂事件與二次事件連接，然后再將引起第二排的各個事件的直接原因放在第三排。這些原因也是二次事件，把兩排二次事件也用邏輯門連起來，一直到不能再分解為止。

3.2.2 齒輪減速器故障樹

為了對減速器的失效原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立齒輪減速器故障樹是十分必要的。把減速器失效形式做為故障樹的頂事件，找到影響頂事件的中間事件，通過現(xiàn)場應(yīng)用與試驗的數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計和概率分析，對產(chǎn)品可靠性進(jìn)行評價和預(yù)測。

(圖一)是齒輪減速器故障樹，(圖1-B)頂事件為潤滑失效，(圖1-C)頂事件為沖擊、振動，它們均含外部故障，均可轉(zhuǎn)入(圖1-A)引發(fā)各中間事件，導(dǎo)致減速器整機(jī)失效。

4 齒輪減速器可靠性評定分析

評定齒輪減速器可靠性的二個重要方法:(1)試驗室疲勞壽命試驗。(2)工業(yè)現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

4.1 試驗室疲勞壽命試驗

考核齒輪減速器可靠性的重要方法之一是疲勞壽命試驗，在進(jìn)行齒輪減速器疲勞壽命試驗過程中，首先要知道加載試驗的方法和數(shù)據(jù)的處理，只有了解和掌握了這些方法，才能夠準(zhǔn)確得到試驗數(shù)據(jù)。

4.1.1 試驗加載方法:[1]

(1)可以選定性能相同，規(guī)格類似的幾個試驗臺進(jìn)行減速器試驗；(2)進(jìn)行空運轉(zhuǎn)，加載性能試驗；(3)各試驗減速器要按等差分級加載荷進(jìn)行疲勞試驗。

4.1.2 數(shù)據(jù)處理:

(1)取應(yīng)力S(或負(fù)載T)為縱坐標(biāo)，取對數(shù)疲勞壽命lgN(對應(yīng)疲勞壽命N)為縱坐標(biāo)。

(2)繪S—N曲線的斜線段，選取同一應(yīng)力S下的幾個試件試驗壽命Ni，求對數(shù)疲勞壽命lgNi的平均值 lgN50。

(3)繪S—N曲線的水平線段，取用升降法試驗獲得持久疲勞壽命和接近持久疲勞壽命(N≈5×107)損壞的各試件的應(yīng)力，求其平均值Sr:

式中:Sr—試件完好率n=50%的持久疲勞壽命水平線段的縱坐標(biāo)，N/mm2

(4)計算斜線段的橫坐標(biāo)值:

δ ---試件標(biāo)準(zhǔn)差。

K ---置信度r=95%的系數(shù)。

(5)S--Nn曲線水平線段的縱坐標(biāo)，(N≥5×107)

(圖二)是完好率n=50%的S—N曲線和完好率n＞50%的S—Nn曲線。

4.2 工業(yè)現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計

齒輪減速器可靠性的另一個重要評定方法是現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計法?，F(xiàn)場使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計法考核產(chǎn)品時必須要在現(xiàn)場進(jìn)行。考核的產(chǎn)品允許是同一類型規(guī)格不同，試驗的數(shù)量在6臺以上。如果試驗的數(shù)量超過50臺時，可以全部試驗，也可以抽取其中的40-50臺考核。工業(yè)試驗要進(jìn)行4000小時，設(shè)備無重大故障，并達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn):(1)齒輪和其它機(jī)件沒有斷裂；(2)齒面剝落面積:滲碳淬火齒輪單齒面≤5%，調(diào)質(zhì)齒輪，一對齒輪總和≤3%。

5 結(jié)語

在機(jī)械設(shè)計中，引入可靠性分析方法對機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計至關(guān)重要。通過對齒輪減速器可靠性分析可以了解到，一臺齒輪減速器能否滿足設(shè)計的使用要求，它的可靠性指標(biāo)與性能指標(biāo)都要達(dá)到設(shè)計要求，如果只滿足其中的一項或幾項指標(biāo)，其它的指標(biāo)不考慮，這是不全面的。如果把可靠性作為齒輪減速器考核的一項指標(biāo)，對提高齒輪減速器的整體性能是非常有意義的。

參考文獻(xiàn):

[1]陳健元.機(jī)械可靠性設(shè)計[M].上海:上海交通大學(xué),1988.

[2]ZBJ19005-88,圓柱齒輪減速器加載試驗方法[R].