齿轮传动装置仅仅是整个声响系统的一部分。除齿轮传动外,还包括原动机、被驱动设备、齿轮传动附件、基础与环境等。其中每一项都会影响由齿轮传动装置发射出的噪声或振动的测量级别,除另有协议外,齿轮制造商的责任是确保在其工厂试验环境下由齿轮传动装置发射的级别在合同规定或商定的范围以内。
9选用系数Ksf
9.1选用系数的定义
选用系数的说明具体的应用场合对齿轮传动装置性能的影响,此系数包含以下应用情况的特有影响:
a)在正常运行条件下,外部动载荷的影响,包括正常地起动和转换方向;
b)表明曲型应用特征的寿命影响;
c)要求的可靠性的影响,并包含为所考虑应用情况允许的失效百分率。
d)作为无法预测并在正常运行情况下发生的随机超负荷的安全性。
在为某种应用情况选择闭式齿轮传动装置以前,应确定这种传动装置的“修正功率”的计算值,其方法就是用选用系数乘以规定的传递功率。因为选用系数表示了齿轮传动设计功率与最大内在传递功率之间的关系,建议将选用系数应用于从动机械或原动机的铭牌功率作为适用功率。
制造商与用户必须商定按哪一种功率——原动机功率还是从动机械需用功率,对齿轮传动装置作出选择。所选齿轮传动装置必须有一个等于或超过“修正功率”的计算负载能力。
9.2影响外部运载荷的系数
为确定选用系数,应考虑这样的事实,即许多原动机会产生的瞬时尖峰转矩明显大于由原动机或从动设备的名义功率确定的转矩。还有许多其他可能的超负荷原因应当考虑;
a)系统振动;
b)临界速度;
c)加速转矩;
d)超速;
e)系统运行的突然变化;
f)制动;
g)反向转矩(例如由车辆延时器引起的反向转矩)导致轮齿的非工作面受载。
传动装置运行范围以内的分析是必要的。如果出现临界速度,总的传动系统设计要作改变,以消除或预防系统的损坏,所以要消除齿轮与轴的振动。除非在购货协议中商定外,闭式齿轮传动的设计者或制造商都不负责对该系统的分析。
9.2.1运行特征
影响选用系数增减的一些运行特征是:
a)原动机的类型:电动机、液压马达、蒸汽或燃所透平、具有单缸或多缸内燃发动机;
起动条件:尖峰载荷起过额定载荷200%时起动或频繁起动与停止时,要求时行个体的载荷分析。额定载荷定义为选用系数为1时的齿轮装置功率。当在原动机与齿轮传动装置之间采用软起动联轴器,选用系数可根据齿轮传动装置制造商对应用情况的分析作出选择。
b)超载:超过额定载荷的载荷被认为超载。超载可以是瞬时的、周期稳态或性质上是振协的。应力的大小和循环次数值要求作具体分析,以避免低周疲劳或屈服应力失效。有些情况,例如高转矩马达、极度反复冲击、或较高的冲击载荷,还如当失速状态时都需要具本研究。
c)超速:对有助于外部传递载荷与动载荷的超速状态要求进行具体的分析。
d)配备制动装置的应用:当齿轮传动装置配备一种使系统运动减速的运行制动装置时,应根据制动功率或传动功率(无论哪个更大)来选择传动装置。假如制动装置仅用于夹紧且在系统运运停止后应用,其功率应小于齿轮箱功率的200%。如制动装置功率大于200%,或制动装置位于齿轮传动装置的输出轴上,则需要具体的分析。
e)可靠性与寿命要求:对于要求高级别的可靠性或非普通的长寿命应用场合,用户与齿轮制造商在确定选用系数前应给以仔细的考虑。
9.2.2系统的条件
旋转机械系统设计中一个重要方面是系统对激振力的动态(振动)响应的分析。
9.2.2.1振动分析
任何振动分析必须考虑整个系统,包括原动机、齿轮传动装置、从动设备、联轴器及地基等。施加在齿轮传动装置上的动载荷是整个系统的动力特性面不是齿轮传动装置单独影响的结果。
9.2.2.2动态响应
系统的动态响应导致产生系统的附加载荷和系统中相邻零件间的相对运动。
叠加到系统中的平均运行载荷上的振动载荷取决于系统的动态特性,振动载荷可导致系统零部件的失效。
9.2.2.3系统诱发的失效
齿轮传动装置中系统诱发的失效可产生如断齿轮、齿轮件的严重表面损坏、断轴、轴承失效或其他零部件的失效。
9.2.2.4特别系统考虑
应该指出:同步电机、一些类型的大转矩感应电机以及发电机传动装置在系统设计时要求特别当心。
同步电动机在起动时和当瞬时切断又重新起动时具有高的瞬态转矩。
特高转差率设计的感应电机可以产生很高的起动转矩,而且电机在很短时间内断开与又重新闭合时,或当电机用星形、三角形(Y-Δ)接线法起动时要产生大的转矩。
当发电机与主系统异相时,会有极高的载荷。而且并联连接的短路引起的转矩载荷可高达正常运行转矩的20倍。
在决定选用系数时,所有特定转矩条件均应考虑到。
9.2.3特殊考虑的问题
当出现以下一个或多个情况时,必须对齿轮传动装置的选择作出调整:
a)外界条件:极端的温度与环境条件;
b)润滑:不符合制造商推荐的任何润滑剂;
c)轴向误差与变形;
d)换向应用;
e)涉及人身安全的高危险性应用。
9.3Ksf的确定
对任何应用情况,可在附录A提供的表(表A.1与表A.2)中选取Ksf的相应值。它还考虑了由于选用电机的冲击程度。
9.4选用系数的限制
Ksf包含了应用时一般的起动情况。
假如发生意外的超转矩,假如最大转矩Tmax低于2Tn×Ksf以及假如它的运行没有超过4.6规定的循环次数,这种超转矩情况是允许的,不会造成损坏。
假如超过了这些值,应该安装特殊装置保护齿轮箱,或者选择更大功率的齿轮箱。
9.5传动零件的选用系数
9.5.1应用场合、寿命、可靠性与安全性的关系
在齿轮副计算时,采用选用系数等于1时,它相当于:
a)抗点蚀能力与弯曲强度的使用系数KA=1。
b)对给定的材料与热处理,用于抗点蚀与弯曲强度计算时在设计速度下运转10000h计算的寿命系数YNT与ZNT;
c)对于抗点蚀与弯曲强度,相当于99%的可靠性;
d)对于变曲强度,最小安全系数1.2(SFmin=1.2)和对于抗点蚀最小安全系数1.0(SHmin=1.0)。
9.5.2闭式传动装置适用系数的确定
通过仔细分析特定应用条件下的运行经验,可以更好地确定选用系数。
所用的选用系数包含了可靠性、允许的使用寿命、应用条件及安全系数这些用经验确定的单个系数的综合效果。这些量的每个单独的数值影响不可能逐一确定,而只能作为一个整体考虑。
9.6正常工作条件
选用系数Ksf涵盖了仅在正常工作条件下产生的起地与动载情况。只要在与齿轮箱有关的动力传动系统以内没有自然扭振频率的激励,这样的条件就考虑为正常。
要搞清工作条件是否正常,必须 对包括齿轮箱的全部装置进行扭振分析。扭振分析是整个系统供应商的责任。对于高输入速度,应该特别注意核查没有轮齿啮合谐和振的危险。