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本科生畢業(yè)設計（論文）
開題報告
學生姓名：
學 號：
班 級：
專 業(yè)： 機械
指導教師：
齒輪性能綜合試驗臺
開題報告
1. 本課題研究的目的和意義
2 齒輪綜合性能試驗臺研究目的
該綜合試驗臺集機、電、液、氣為一體，通過扭矩、轉速、溫度、噪聲、壓力等傳感器實時采集和處理各種現(xiàn)場數(shù)據，對其綜合性能進行測試。
2 我國齒輪傳動制造行業(yè)的現(xiàn)狀分析及與國外相關行業(yè)對比
目前，我國以上海汽車齒輪總廠、陜西法士特公司為代表的骨干齒輪制造企業(yè)和研究所，完成汽車齒輪、摩托車齒輪、工程機械齒輪傳動、農機齒輪、工業(yè)齒輪變速箱和高速重載齒輪、特殊專用齒輪傳動、齒輪專用裝備等各類產品的技術引進和消化，使我國齒輪傳動制造業(yè)近十年得到了跨越式的發(fā)展。
首先，汽車手動變速箱（含重、中、輕、微），轎車變速箱，摩托車齒輪、工程機械換擋變速箱，大、中型農機變速傳動的配套，已經基本立足國內生產，基本滿足了主機廠的配套需要，并已經有部分齒輪件出口或變速箱出口。在汽車自動變速箱方面，目前仍被進口產品控制。
其次，在車輛驅動橋、主被動螺旋錐齒輪、直齒錐齒輪及輪邊減速機方面，大部分能滿足國內配套需要。以東風車橋為代表的驅動橋與錐齒輪產業(yè)正在整合重組發(fā)展，已經看到快速發(fā)展的希望。
第三，在工業(yè)通用變速箱領域，SEW等一批國外獨資企業(yè)的進入激活了中國工業(yè)通用變速箱企業(yè)為代表，在產品系列化、模塊化、質量與技術水平方面，最近五年有了突飛猛進的發(fā)展，形成了與國際品牌的激烈競爭。我國企業(yè)生產的部分產品達到了國際水平，有部分產品已經出口歐美。
第四，在高速重載齒輪傳動制造方面，我國有已南京高精齒輪股份有限公司（南京高速齒輪箱廠）、重慶齒輪箱廠、杭州前進齒輪箱集團、鄭州機械研究所、洛陽中重減速機公司、沈陽礦山減速機公司為代表的企業(yè)。這些企業(yè)在引進技術的過程中，為我國大型成套裝備配套與船舶工業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻。
第五，特殊、專用車輪傳動方面，如非圓齒輪、塑料齒輪、粉末冶金齒輪、小模數(shù)齒輪等，我國目前沒有形成龍頭企業(yè)，企業(yè)的技術潛力尚待發(fā)揮。
第六，齒輪專用裝備方面，近五年來民營企業(yè)發(fā)展較快，國有企業(yè)發(fā)展比較慢。大多數(shù)國有齒輪裝備制造企業(yè)的裝備可靠性指標進步較慢，致使齒輪行業(yè)的大部分主導精加工裝備仍是以進口為主。部分齒輪企業(yè)裝備國產化的希望主要有：秦川機床廠的蝸桿砂輪磨齒機；重慶機床廠、南京二機長的數(shù)控機床；螺旋錐齒輪磨齒機床的研制成功；天津元昊公司數(shù)控螺旋錐齒輪切齒機床的批量供貨；杭州天辰精密齒輪檢具、量具、夾具；長城潤滑油對齒輪行業(yè)的潤滑市場服務。這些都讓我國齒輪行業(yè)看到了自立創(chuàng)新、自主發(fā)展的希望。
雖然前景令人振奮，但專家也指出，同歐、美、日相比，中國齒輪行業(yè)還存在一定差距，主要表現(xiàn)為：自主創(chuàng)新能力不足、新品開發(fā)慢。如在汽車自動變速箱方面，目前仍被進口產品控制；在特殊、專用齒輪傳動方面，我國目前還沒有形成龍頭企業(yè)，企業(yè)的技術潛力尚待發(fā)揮。尤其是塑料齒輪在國外的應用越來越普遍，但在我國并未得到應有重視，已遠遠落后世界水平；國產齒輪裝備水平從整體上看，仍與歐、美、日存在較大差距，特別是高端產品、自動化產品不足，齒輪行業(yè)的大部分主導精加工裝備仍以進口為主。此外還存在著市場競爭無序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質有待提高的問題。
2. 課題任務
檢測數(shù)據現(xiàn)場顯示、存儲及輸出，并根據預先輸入計算機的分組參數(shù)進行產品質量性能判斷。
本試驗臺也可用于研究汽車各種系列前、中、后橋總成的制動器制動性能測試與磨合試驗，并能夠對橋總成進行綜合性能的在線檢測。
通過制動器磨合以及增減砝碼來改變軸承游隙和齒輪精度試驗，從而獲得扭矩、轉速、溫度、噪聲、壓力等傳感器實時采集和處理各種現(xiàn)場數(shù)據；并且對多路傳感器信號通過串、并口的同時采集及抗干擾措施。
3. 本設計內容與要求
l 齒輪傳動精度影響
輪齒加工時，由于輪坯、刀具在機床上的安裝誤差，機床和刀具的制造誤差以及加工時所引起的振動等原因，加工出來的齒輪存在著不同程度的誤差。加工誤差大、精度低，將影響齒輪的傳動質量和承載能力；反之，若精度要求過高，將給加工帶來困難，提高制造成本。因此，根據齒輪的實際工作條件，對齒輪加工精度提出適當?shù)囊笾陵P重要。
我國國標GB10095-88中，對漸開線圓柱齒輪規(guī)定了12個精度等級，第l級精度最高，第12級最低。齒輪精度等級主要根據傳動的使用條件、傳遞的功率、圓周速度以及其它經濟、技術要求決定。6級是高精度等級，用于高速、分度等要求高的齒輪傳動，一般機械中常用7～8級，對精度要求不高的低速齒輪可使用9～12級。
齒輪每個精度等級的公差根據對運動準確性、傳動平穩(wěn)性和載荷分布均勻性等三方面要求，劃分成三個公差組，即第I公差組、第II公差組、第III公差組。在一般情況下，可選三個公差組為同一精度等級，但也容許根據使用要求的不同，選擇不同精度等級的公差組組合。第II公差級精度等級6～9級的選擇可參閱下表，第III公差組一般不得低于第II公差組的精度等級，第I公差組和第III公差組的精度等級可參閱有關手冊加以確定。
齒輪傳動的側隙是指一對齒輪在嚙合傳動中，工作齒廓相互接觸時，在兩基圓柱的內公切面上，兩個非工作因廓之間的最小距離jn。規(guī)定側隙，可避免因制造、安裝誤差以及熱膨脹或承載變形等原因而導致輪齒卡住。合適的側隙可通過適當?shù)凝X厚極限偏差和中心距極限偏差來保證，齒輪副的實際中心距越大，齒厚越小，其側隙就越大。
l 齒輪傳動系統(tǒng)的噪聲分析
??在傳統(tǒng)齒輪傳動類產品(如工業(yè)減速箱、汽車變速器等)的設計過程中，人們往往只注重功能的實現(xiàn)和工作的可靠性，很少關心整個機械的運轉噪聲問題。但隨著人們對工作和生活環(huán)境舒適度要求的不斷提高，噪聲問題也隨之愈發(fā)凸顯出來。
為從設計角度出發(fā)降低齒輪傳動系統(tǒng)的噪聲，我們就應首先來分析一下齒輪系統(tǒng)噪聲的種類和發(fā)生機理。
??? ?在齒輪系統(tǒng)中，根據機理的不同，可將噪聲分成加速度噪聲和自鳴噪聲兩種。一方面，在齒輪輪齒嚙合時，由于沖擊而使齒輪產生很大的加速度并會引起周圍介質擾動，由這種擾動產生的聲輻射稱為齒輪的加速度噪聲。另一方面，在齒輪動態(tài)嚙合力作用下，系統(tǒng)的各零部件會產生振動，這些振動所產生的聲輻射稱為自鳴噪聲。
???? 對于開式齒輪傳動，加速度噪聲由輪齒沖擊處直接輻射出來，自鳴噪聲則由輪體、傳動軸等處輻射出來。對于閉式齒輪傳動，加速度噪聲先輻射到齒輪箱內的空氣和潤滑油中，再通過齒輪箱輻射出來。自鳴噪聲則由齒輪體的振動通過傳動軸引起支座振動，從而通過齒輪箱箱壁的振動而輻射出來。一般說來，自鳴噪聲是閉式齒輪傳動的主要聲源。
???? 因此，齒輪系統(tǒng)的噪聲強度不僅與輪齒嚙合的動態(tài)激勵力有關，而且還與輪體、傳動軸．軸承及箱體等的結構形式、動態(tài)特性以及動態(tài)嚙合力在它們之間的傳遞特性有關。一般來說，齒輪系統(tǒng)噪聲發(fā)生的原因主要有以下幾個方面：
(1)齒輪設計方面 參數(shù)選擇不當，重合度過小，齒廓修形不當或沒有修形，齒輪箱結構不合理等。
(2)齒輪加工方面 基節(jié)誤差和齒形誤差過大，齒側間隙過大，表面粗糙度過大等。
? (3)輪系及齒輪箱方面 裝配偏心，接觸精度低，軸的平行度差，軸，軸承、支承的剛度不足，軸承的回轉精度不高及間隙不當?shù)取?
(4)其他方面輸入扭矩。負載扭矩的波動，軸系的扭振，電動機及其它傳動副的平衡情況等。
l 齒輪試驗臺的主要技術性能
? 試驗控制方式：自動測試循環(huán)/手動調試
? 試驗臺模擬加載狀態(tài)：加載軸負荷0～5T，無級可調。
? 制動器加載磨合；
? 運行噪聲及異響檢測
? 試驗臺控制計算機具有制動參數(shù)和傳動轉矩、轉速、功率、噪聲、溫升的參數(shù)采集、計算、判斷、顯示、存儲和輸出功能；
? 試驗臺控制計算機具有產品工藝參數(shù)設定、修改功能；參數(shù)修改權限確認功能；開機自檢功能；單步調試功能；程序檢測功能；
? 試驗齒輪制造精度對軸線回轉精度、傳動的震動與噪聲的影響；
? 試驗軸承精度、軸承預緊量和支撐剛度等對軸線回轉精度、傳動的震動與噪聲的影響；
? 試驗齒輪潤滑和軸承潤滑對傳動震動溫升和噪聲的影響。
l 具體技術指標要求如下
? 試驗臺總功率： ~ 4KW；
? 砝碼 m=80kg；
? 帶輪增速比 u=1.5:1；
? 電機以變頻3000r/min無級調速運行，輸出n=6000~7000r/min；
? V帶帶型：A型；
? 直齒輪：Z1=62,Z2=42；
4. 總體方案設計
該試驗臺主要由機械系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成。其中機械系統(tǒng)主要包括：齒輪傳動機構，傳感器的固定機構，軸承的固定機構，增速器機構，加載裝置，磁粉制動器，皮帶輪，皮帶，交流電機，聯(lián)軸器，扭矩傳感器，砝碼。測控系統(tǒng)主要包括：傳感器，信號調理裝置，信號采集與控制裝置和微機。
5. 設計進度計劃
1—2周 了解該試驗臺概況，閱讀相關文獻，作英文翻譯；
3—4周 提出試驗臺改進方案，進行總體方案設計；
5—7周 機械系統(tǒng)設計﹑加工﹑裝配與調試；
8—9周 測控系統(tǒng)設計﹑選購與裝配；
10—12周 系統(tǒng)軟件設計與調試；
13—14周 撰寫設計說明書，準備答辯
6. 參考資料
1) 高春甫．機電控制系統(tǒng)設計．吉林大學，2003
2) 王毅． 單片機器件應用手冊． 北京：人民郵電出版社，1995
3) 侯洪生，董國耀．機械工程圖學．科學出版社，2001
4) 譚慶昌，趙洪志，曾平．機械設計．吉林科學技術出版社，1995
5) 瑞士KISTLER力傳感器及其信號調理儀使用說明書
6) 蔣敦斌，李文英．非電量測量與傳感器應用．國防工業(yè)出版社，2005
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