齿轮箱体

齿轮箱体（精选三篇）

齿轮箱体 篇1

近年来,随着计算机技术和商业有限元软件的飞速发展,在产品开发中越来越多地采用有限元技术进行振动特性分析,但由于齿轮箱的实际结构复杂,连接边界条件多样,结构简化或连接处理不当往往会影响有限元分析结果的准确性,因此有必要开展对有限元分析结果的试验验证研究。本文利用振型相关性理论,对某动车齿轮箱箱体的有限元计算模态和试验模态进行了相关性分析,验证了有限元计算结果的准确性。

1 相关性理论

为了分析有限元计算模态与试验测试模态的一致性,通常对2种模态结果进行相关性分析,工程上常采用较为准确的模态判定准则(MAC值)做判定,不仅能正确地辨别出2种振型所对应的模态频率,还能够发现在计算与试验中是否存在模态丢失。

MAC值计算公式如下:

式中,{Φ}ti和{Φ}fj分别是第i阶试验模态向量和第j阶有限元模态向量[2],MACij是第i阶试验模态与第j阶有限元模态的相关值,介于0 ~ 1之间。若{Φ}ti和{Φ}fj本质上为同一模态(记作{Φ}tiP{ Φ}fj),则有MAC = 1;若{Φ}ti和{Φ}fj是2个不同的真实物理模态,则MAC≈0,表明2个模态有正交关系(记作{Φ}ti⊥{Φ}fj),一般认为MAC值在0. 8以上就说明二者具有较好的相关性[3]。

2 箱体有限元模态分析

图1为齿轮箱箱体的有限元计算模型,由上、下箱体两部分组成,箱体之间采用刚性连接[4]。计算时采用四面体二次单元对有限元模型进行网格划分,共生成单元123 889个,节点209 918个。箱体材料为Al Si7Mg,密度为2 650 kg /m3,弹性模量为74 000 MPa,泊松比为0. 33。

采用分块兰索斯法对箱体有限元模型进行模态计算,提取了箱体的前10阶自由模态,模态频率如表1所示,振型图如图2所示。

3 箱体模态试验

采用移动力锤法对齿轮箱箱体进行模态测试,为获取箱体的固有特性,测试时将齿轮箱箱体自由悬挂[5],箱体模态测试现场如图3所示。

采用Poly Max方法对测试数据进行分析,得到齿轮箱箱体的试验模态结果(见表2),模态振型图如图4 ~ 图6所示。

通过与计算模态结果对比发现,在基本相同的频率范围内,试验模态少了2阶,因此需要对2种模态结果进行相关性分析。

4 模态相关性计算

运用相关性分析软件对有限元计算模态和试验模态进行相关性分析,计算结果如表3所示。

× 10- 2

从表3中可以看出,试验模态各阶振型分别与计算模态的1、2、4、5、6、8、9、10阶振型所对应的值远高于其他单元,说明这些模态振型的相关度较高,可以判定建立的箱体有限元模型是正确有效的,同时可以看出计算模态的第3、7阶模态阵型与所有试验模态振型的相关度都很小,说明它们没有对应的试验模态振型,可以判定这2阶模态在试验时丢失。

将有限元计算模态和试验模态的频率进行对比(见表4),可以看出各阶固有频率的计算值和试验值较为接近,误差很小,说明有限元计算模态与试验模态有较好的一致性,有限元计算结果准确可靠。

5 结论

通过对齿轮箱的箱体进行自由模态测试,获取了其固有频率和振型,同时建立了该齿轮箱箱体的有限元模型,采用分块兰索斯法提取了箱体的前10阶固有频率及相应振型。采用MAC值对2种模态振型进行相关性分析,结果表明计算模态和试验模态的振型相关度高,计算结果和试验数据一致性较好,模态频率误差较小,说明建立的箱体有限元模型是正确的,计算结果是准确的,为以后减少样机试验奠定了基础。

摘要：以动车某齿轮箱箱体为研究对象,通过有限元计算和锤击法试验分别得到了该齿轮箱箱体的模态频率及振型。为了验证有限元计算结果的准确性,根据振型相关性理论,对2种模态结果进行了相关性分析,验证了齿轮箱箱体仿真模型的有效性和计算结果的准确性,为减少样机试验奠定了基础。

齿轮箱体 篇2

1、轴类零件的功用、结构特点及技术要求

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

(1)尺寸精度

起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。

(2)几何形状精度

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

(3)相互位置精度

轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～ 0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～ 0.005mm。

(4)表面粗糙度

一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。

2、轴类零件的毛坯和材料(1)轴类零件的毛坯

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

(2)轴类零件的材料

轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

（二）齿轮

1、齿轮的功用与结构特点

齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按规定的速比传递运动和动力。

齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状，但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，可分为直齿、斜齿、人字齿等；按照轮体的结构特点，齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等，如图9-1所示。

在上述各种齿轮中，以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮(图9-1b、c)。当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。

2、齿轮的技术要求

齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。

（1）传递运动准确性

要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。

（2）传递运动平稳性

要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。

（3）载荷分布均匀性

要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。

（4）传动侧隙的合理性

要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。

齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。

B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从1~12顺次降低。其中1~2级是有待发展的精度等级，3~5级为高精度等级，6~8级为中等精度等级，9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目

（三）箱体

箱体类零件中以机床主轴箱的精度要求最高。以某车床主轴箱，箱体零件的技术要求主要可归纳如下：

1.主要平面的形状精度和表面粗糙度

箱体的主要平面是装配基准，并且往往是加工时的定位基准，所以，应有较高的平面度和较小的表面粗糙度值，否则，直接影响箱体加工时的定位精度，影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。

一般箱体主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5~0.63μm，各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300。

2.孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度

箱体上的轴承支承孔本身的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都要求较高，否则，将影响轴承与箱体孔的配合精度，使轴的回转精度下降，也易使传动件（如齿轮）产生振动和噪声。一般机床主轴箱的主轴支承孔的尺寸精度为IT6，圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度值为Ra0.63～0.32μm。其余支承孔尺寸精度为IT7～IT6，表面粗糙度值为Ra2.5～0.63μm。

3.主要孔和平面相互位置精度

齿轮箱体 篇3

【关键词】同轴度；公共轴线；检测基准

中国高铁技术日趋成熟，国家领导人出访时也力荐中国高铁。因为中国高铁不仅是运营总里程处于世界领先地位，高铁系统技术、集成能力、运行速度、在建规模等方面同样具有国际竞争力。在动车组中采用大功率电机和齿轮箱组成传动系统，方能使各台列车完成其各自功能。我公司使用的三坐标测量机主要检测公司200km/h，300km/h动车组及各类车型等关键工件的几何尺寸和形位公差，三坐标测量机以其快速、精确、高效的优点为公司产品质量做出进一步的保障。但如何利用好三坐标测量机，稳准快地为公司生产提供可靠的检测数据，使其先进的现代化检测设备充分发挥其精度、功能、速度来服务于公司生产，是我们每个三坐标检测人员关心的问题，也是我们每个三坐标检测人员必然要遇到的问题及要努力解决的问题。

一、齿轮箱体的同轴度测量误差问题

同轴度检测是我们在测量工作中经常遇到的问题，用三坐标进行同轴度的检测不仅直观且又方便，其测量结果精度高，并且重复性好。但是，用三坐标测量机检测200km/h动车齿轮箱体同轴度时测量值偏差较大的问题。同轴度是指同一零件上圆柱面、圆锥面等的被测轴线与基准轴线应重合的精度要求。同轴度误差是指实际被测轴线对其理想轴线（即基准轴线）的变动量。用三坐标测量机进行同轴度检测不仅直观且又方便，其测量结果精度高且重复性好。但在实际测量过程中，同轴度的检测受到诸多方面的影响，检测人员自身的素质和对图纸工艺要求的理解不同，工件的加工状态，检测基准及检测方法的选择，工件的安放，检测机房的温湿度等诸多因素，能否准确地测量出这些关键工件的同轴度误差，这就要求我们的检测人员在检测过程中，对待具体工件，具体检测要求，综合分析检测数据，减少误判率，为工件的同轴度检测作出较为实际的客观的评价。例如我们在检测200km/h动车齿轮箱体的过程中，有一项同轴度检测，如图1：M柱，N柱都是短圆柱，M圆柱是基准圆柱，N圆柱是被测圆柱，我们在M圆柱测得两个截面圆，并以它建立基准轴线， 然后测量N圆柱两个截面圆，构造成一条被测直线，然后按图纸要求利用坐标机软件评价同轴度为0.80mm，测量误差很大，而且重复性较差。对于数控加工设备的产品，0.80mm同轴度几乎就是废品，这种情况下很容易造成误判，给后续加工生产带来很大的麻烦，所以必须慎重分析检测过程，由于M，N圆柱属于长距离，短圆柱的孔，如果基准M柱的两个测量截面的距离[基准轴线]较小，M柱的第一截面圆与N柱的第一截面圆之间的距离较大，采测点稍有偏差（如工件摆放不正，测量面不干净等），那么它的采点敏感系数很大，就会成倍的放大测量误差，如图2所示，检测数据非常不可靠， 所以它的同轴度检测就不能按常规方法去检测。

二、同轴度检测的方法

目前，齿轮箱体的同轴度检测主要有常规方法和三坐标检测方法。为保证检测数据真实有效，我们用接近齿轮箱体的实际装配过程的方法，把M，N圆柱上测得截面圆多个圆的圆心收集起来，连接成公共基准轴线M-N线，这条公共基准轴线M-N线近似于一个模拟心轴，作为其同轴度的评价基准，然后分别与M，N圆柱作同轴度的评价，检测结果在0.025～0.030mm之间，且检测数据稳定。另外为验证该检查结果，我们采用了变通的方法，改变测量方法，将M，N圆柱的同轴度检测为直线度检测，因为这种情况下轴的倾斜在装配影响较小，而轴心偏移对装配影响较大，轴心偏移的测量实际就是测量轴心连线的直线度，具体方法是：将M，N圆柱上分别采集5个截面圆，然后将这10个截面圆的圆心构造成一条直线，利用坐标机软件评价直线度为0.028mm，且重复性较好，与公共基准轴线M-N线的同轴度检测结果相吻合，为出具此项同轴度检测数据提供了依据，为200km/h动车齿轮箱体后续产品的加工提供有力的保证。

从这个检测实例我们看出，在三坐标测量过程中，合理正确地选择测量基准是保证几何量测量精度的首要条件之一，不同的测量基准，就会出现不同的测量结果，容易出现误判，直接影响产品质量，这就要求三坐标检测人员必须对形位公差及测量有清晰的理解，能够分析对于不同的测量目的，该选择什么样的测量基准和原则，减少误判率，为工件的检测出具较为实际的客观的评价报告。

参考文献：

[1]张国雄.三坐标测量机[M].天津：天津大学出版社，1999.

[2]曹斌.三坐标测试技术在生产中的应用测[J].试验检测，2009（2）.

[3]汤忠芳，褚守云，张宝金，陈明.抱轴箱轴承孔同轴度的检测[J].机车车辆工艺. 2009（02）.

[4]王文书.同轴度专用量规的设计[J]. 上海计量测试. 2013（05）.

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