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金博宝
体积22,2021
文章Number 23.
页数) 10.
内政部 https://doi.org/10.1051/meca/2021025
在线发布 2021年4月9日

©C. Wang,由EDP Sciences发布2021

L.一世cence Creative Commons这是在Creative Commons归因许可证的条款下分发的开放式访问文章(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0.)允许在任何媒介中不受限制地使用、分发和复制,前提是原著被适当引用。

1Introduction

Nowadays, the world is facing serious problems such as resource shortage and environmental pollution. Energy conservation and consumption reduction have become an important task of sustainable development. Increasing the efficiency of mechanical products, especially high-power transmission devices, as an effective way to achieve energy saving and consumption reduction, has attracted more and more attention. As one of the most widely used transmission mechanisms, researchers have done a lot of work on the transmission efficiency of gears. Wang [12]利用约束分析和虚功率理论分别建立了闭式差动双斜齿轮传动系统和行星齿轮传动系统的效率模型。王[3.]提出了一种基于超图的复杂行星轮系传动效率计算方法。分析了输入转速、输入功率、润滑条件与传动效率的关系。西蒙[4.]提出了一种用于双瓦齿轮的多目标优化方法。在最佳目标中,考虑了齿轮对的机械效率。

金[5.]以斜齿轮的重量、效率和噪声为目标,进行了宏观几何优化,取得了良好的效果。帕舒尔德[6.] proposed a calculation method of load-dependent and no-load losses, the efficiency of worm gears was analyzed. Oehler [7.]分析条件,功耗和温度之间的关系。在此基础上,可以估计齿轮箱的效率和温度以进行任意载荷。湾[8.双弧锥齿轮矩形传动系统的传输效率提出了一种计算方法。两个动力源的营养齿轮比和速度比影响了传输效率。林[9.讨论了探讨了曲线面齿轮对的啮合效率的计算方法,并讨论了与啮合效率相关的因素。

齿轮传动功率损失的组成如所示F一世gure 1。它包括:风盘损失,摆动油损,轴承损失和齿轮啮合功率损失。齿轮传输效率的计算方法是单独计算上述量,然后将它们加在一起以获得齿轮传输效率。由于抽油机损失的计算,摆动油损失,轴承损失更加复杂,齿轮啮合功率损耗占大型占比例的,为了简化,啮合效率通常用于更换许多情况下更换传输效率。实验是验证理论的有效手段。然而,测试数据可以直接计算齿轮传输效率而不是齿轮啮合效率。因此,如何计算啮合效率的实验值特别重要。徐[10.]根据风度损失和摆动油损失与负荷无关的事实,给出了齿轮啮合效率的计算方法。王[11.进一步开发了该方法,使其更广泛地使用包括电源闭合型齿轮试验台中的啮合效率的计算,计算型效率的计算效率开放式齿轮试验钻机和各种啮合效率吞噬试验台的计算传输比率。

Research on the influence factors of meshing efficiency is one of the core contents of improving gear meshing efficiency. At present, most of the research focuses on the factors affecting the gear transmission efficiency. Chen [12.] analyzed the effect of power split on transmission efficiency under different speed, which provided theoretical basis for transmission ratio distribution and structure design of planetary gear train. Thamba [13.[综合图。研究了线性尖端浮雕改变对浇口传动效率的影响。通过线性尖端释放修改,传输误差明显减少。

双螺旋齿轮已广泛应用于高动力传动装置,包括战舰,油泵机,轧机等。高传动效率/啮合效率对于提高其传输性能具有重要意义。王[14.[提出了一种通过牙齿接触分析技术和装载牙齿接触分析技术计算双螺旋齿轮的滑动摩擦力损耗的方法。齿轮的啮合效率不仅受到设计参数的影响,而且还通过加工精度,润滑条件和工作条件等。目前,对于双螺旋齿轮,仍然缺乏详细和深入的研究。

基于上述分析,采用双螺旋齿轮作为研究对象,在分析大量的实验数据上,计算双螺旋齿轮的啮合效率,然后对双螺旋齿轮的啮合效率进行旋转速度和扭矩的啮合效率获得,为进一步性能提高双螺旋齿轮效率奠定了理论基础。本文的流程图显示在F一世gure 2

缩略图 图。1

齿轮传动功率损失的组成。

缩略图 图2

T.he flow diagram for the calculation of experimental value of meshing efficiency for double helical gears and the influence of rotational speed and torque.

2具有闭合功率流动齿轮试验台不同布局的实验价值传输效率的计算方法

展示了具有闭合功率流量的齿轮试验台的常见布局和实验值的齿轮传输效率的公式T.able 1[15.]。假设测试齿轮箱和反应齿轮箱是相同的,包括规格,型号,制造工艺,制造水平和前进和反向传输效率。条件①和②对应于F一世gure 3a, the condition ③ and ④ correspond toF一世gure 3湾它们的传输效率公式也可以分别表示为方程(1)(2)。InT.able 1那<一世>P.1是齿轮1的传动功率,<一世>P.2是齿轮2的传动功率,<一世>P.3.一世s the transmission power of gear 3,<一世>P.4.一世s the transmission power of gear 4,<一世>P.S.是装载机轴上的电源,相当于<一世>T.2N2在式上(1)(2)那<一世>P.m电机的补充功率是相同的<一世>T.1N1在式上(1)(2)那<一世>η.是测试齿轮的传输效率。(1)(2)在哪里,<一世>η.是测试齿轮的传输效率,<一世>T.1是扭矩计1测得的扭矩,<一世>N1是革命仪表1测量的革命,<一世>T.2是由扭矩计测量的扭矩2,<一世>N2旋转由革命计2测量。

T.able 1

齿轮试验台的公共布局,具有闭合电流和齿轮传动效率的公式。

缩略图 图3.

齿轮传动效率试验台的示意图,具有闭合电流。(a)电机和装载机位于同一轴上(b)电机和装载机在不同的轴上。

3具有闭合功率流动齿轮试验台实验值啮合效率的计算方法

F一世gure 1shows the composition of power losses of gear transmission, which includes windage loss, swinging oil loss, bearing loss and gear meshing power loss. Among them, windage loss, swinging oil loss and partial bearing loss belong to the load-independent power losses and are only related to rotational speed of gear. Under the same rotational speed and input power, the transmission efficiency<一世>η.S.试验齿轮的空载和传动效率<一世>η.T.根据公式计算了试验齿轮在载荷条件下的疲劳寿命(3)(4)分别是。它们被放在等式中(5),啮合效率<一世>η.m可以获得测试齿轮。电力损失<一世>P.S.包括风阻损失、摆油损失和与载荷无关的轴承损失<一世>P.它们非常复杂,在所提出的方法中,它们不需要计算。计算<一世>η.T.和<一世>η.S.来自等式(1)或者(2)通过测量数据。(3)(4)(5)哪里,<一世>η.S.是无负载下的测试齿轮的传输效率,<一世>η.T.一世s the transmission efficiency of test gear under loaded conditions,<一世>η.m一世s the meshing efficiency for test gear in gear test-rig with closed power flow,<一世>P.S.风度损失和摆动损失,<一世>P.是负载无关的轴承损耗,<一世>P.BII公司是与载荷有关的轴承损耗,<一世>P.T.是总输入功率。计算<一世>η.T.和<一世>η.S.来自等式(1)或者(2)

应该指出的是,在本节中,仅给出了齿轮试验钻井平台的实验值啮合效率的计算方法。更详细的派生过程可以在[10.]以及[11.]。

4.T.he calculation of load-dependent bearing loss

根据现有公式(10),依赖载荷轴承损耗的计算可以表示为(6)

在哪里,<一世>P.BII公司是与载荷有关的轴承损耗,<一世>µ(<一世>一世 = 1, 2) is the friction coefficient of bearing,<一世>W.(<一世>一世 = 1,2) is the radial load applied to the bearing,<一世>D.北风之神(<一世>一世 = 1,2)是轴承的内径,<一世>N是齿轮的革命速度。确定<一世>µ和<一世>D.北风之神are related to the type of bearing selected. The determination of<一世>N与工作条件有关。计算方法<一世>W.将在下面介绍。

双螺旋齿轮轴的力分析显示在F一世gure 4。可以获得以下等式。(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)哪里,<一世>F(<一世>一世 = 1, 2) is the normal force,<一世>Fti(<一世>一世 = 1,2)是圆周力,<一世>Fri.(<一世>一世 = 1, 2) is the radial force,<一世>FAI.(<一世>一世 = 1, 2) is the axial force,<一世>F您好!(<一世>一世 = 1, 2) is the horizontal supporting force,<一世>FVi(<一世>一世 = 1,2)是垂直支撑力,<一世>FVHi公司(<一世>一世 = 1,2)是水平和垂直支撑力的合力,即径向荷载<一世>W.应用于轴承,<一世>B.是齿宽,H是双螺旋齿轮的中间连接缸的长度,<一世>L.1是从左轴承中心到左齿宽中点的长度,<一世>L.2从右侧轴承中心到右齿宽的中点的长度。

在哪里,<一世>mti(<一世>一世 = 1,2)是圆周力在轴上产生的扭矩,<一世>mAI.(<一世>一世 = 1,2)是轴上由轴向力产生的弯矩。

缩略图 图4.

双螺旋齿轮轴的力分析。

5.Experimental value calculation of meshing efficiency for double helical gears and the influence of rotational speed and torque on meshing efficiency of double helical gears

本节内容包括推出实验双螺旋齿轮,试验台,用于具有闭合功率流动的双螺旋齿轮的传动效率,实验条件和转速和扭矩对双螺旋齿轮啮合效率的影响分析。

5.1实验双斜齿轮

实验双螺旋齿轮的参数显示在T.able 2. 实验小齿轮和齿轮的图纸如所示F一世gure 5。实验小齿轮和齿轮的测量曲线显示在F一世gures 6-9., 分别。根据设计要求和测量曲线,小齿轮加工精度为4等级。同样,齿轮加工精度也是4等级。

T.able 2

实验双螺旋齿轮的参数。

缩略图 图5.

图纸实验小齿轮和齿轮。

缩略图 图6.

小齿轮齿廓测量曲线。

缩略图 图7.

Helix measurement curve of pinion.

缩略图 图8

轮廓测量齿轮齿轮。

缩略图 图9.

螺旋测量曲线的齿轮。

5.2闭式功率流双斜齿轮传动效率试验台

T.he schematic diagram of test-rig for transmission efficiency of double helical gears with closed power flow is shown in图10.。T.est-rig for transmission efficiency of double helical gears with closed power flow is shown in图11.。扭矩和速度传感器的转速范围为0-1400分钟-1那torque range of torque and speed sensor is 0–500 Nm, accuracy of torque and speed sensor is ±0.05% fs. The test-rig is correspond toF一世gure 3因此,传输效率的计算来自公式(1)

缩略图 图。10.

用于闭合功率流动的双螺旋齿轮传动效率的试验台的示意图。

缩略图 图。11

用于闭合功率流动的双螺旋齿轮传输效率的试验台。

5.。3.Experimental condition

负载逐渐应用。施加的扭矩分别为0,52,140,​​245和345nm。当施加的扭矩稳定时,根据30 r / min,速度逐步增加。例如,当施加的扭矩为0 nm时,当施加的扭矩为52nm时,施加的速度为120,150,...,870,施加的速度是120,150,...,...,870又依靠。齿轮箱通过注射注射润滑,并自然消散热量。在达到热平衡之后,测量并记录速度和扭矩。实验条件显示在T.able 3

T.able 3

实验条件。

5.4转速和扭矩对双螺旋齿轮传动效率的影响

在相同的工作条件下,测量大量转速和扭矩实验数据。显然排除了不合理的数据。根据公式计算依赖依赖的轴承损耗(6)-(18)。根据公式计算在空载和负载下的齿轮试验台上的试验齿轮的传输效率是根据公式计算的(3)(4)。根据式计算双螺旋齿轮的啮合效率(5)。Because the rotational speed and torque measured data are within a certain range, in order to eliminate measurement error, the average values of meshing efficiency of double helical gears on same working condition are calculated. By Matlab soft, the measured data are plotted as curves. The average values of meshing efficiency of double helical gears on different working condition are marked with symbols ∘, ⊲, ⊳, Δ, respectively. The relationship curve between rotational speed/torque and meshing efficiency of double helical gears is shown in图12.。52,140,​​245和345nm的扭矩图12.是相同工作条件的平均扭矩。

图12.,可以获得以下结论:

  • 随着转速的增加,双螺旋齿轮的啮合效率降低。其中一个原因是相对滑动速度的增加导致滑动摩擦力损耗的增加。它可以在扭矩52,140,​​245和345nm下容易地发现,双螺旋齿轮的啮合效率的平均值的连接线方向都倾斜到左侧;

  • 随着扭矩的增加,双螺旋齿轮的啮合效率增加。其中一个原因是总功率增加,而负载无关的功率损耗,如风损和油搅拌损失不会随着负荷的增加而增加。在不同的扭矩下,啮合效率的大小顺序如下:<一世>η.5.2<<一世>η.14.0.<<一世>η.245.<<一世>η.345.;

  • 当扭矩小时,旋转速度对啮合效率的影响是显而易见的。随着扭矩的增加,转速对啮合效率的影响变弱。在52nm下的双螺旋齿轮的平均啮合效率的连接线斜率是最大的,连接线斜率为140nm,第二,245 nm下的连接线斜率是第三,并且连接线斜率为345 nm以下是最小;

  • 当载荷很小时,啮合效率很低。很明显,52nm以下双斜齿轮的平均啮合效率低于0.94,345nm以下双斜齿轮的平均啮合效率高于0.98。

缩略图 图。12

双螺旋齿轮转速/扭矩与啮合效率的关系曲线。

6结论

齿轮啮合效率是齿轮传输效率的重要组成部分。通常,测试数据可以直接计算齿轮传输效率而不是齿轮啮合效率。因此,如何计算啮合效率的实验值尤为重要。此外,对啮合效率影响因素的研究是提高齿轮啮合效率的核心内容之一。因此,采用双螺旋齿轮作为研究对象,在分析大量的实验数据上,计算了双螺旋齿轮的齿轮啮合效率的实验值,然后转动速度和扭矩对双螺旋啮合效率的影响获得齿轮。

  • 针对封闭功率流齿轮试验台的不同布置,总结了试验值传动效率的计算方法。

  • 根据风度损失,摆动油损耗和部分轴承损失属于负载无关的功率损失,并且仅与齿轮的转速有关,齿轮试验台的实验值啮合效率的现有计算方法介绍了电流。

  • 根据双螺旋齿轮的结构特性,给出了负载轴承损耗的计算方法。

  • 在分析大量实验数据的基础上,计算了双斜齿轮啮合效率的实验值,得出了转速和转矩对双斜齿轮啮合效率的影响。转速与啮合效率成反比关系。转矩与啮合效率成正比关系。在小扭矩下,转速对传动效率的影响非常明显。随着转矩的增大,转速对啮合效率的影响变小。当转矩很小时,啮合效率很低。因此,对于高精度齿轮,应尽量避免小载荷下的传动。

这项工作是通过大量实验数据对实验值的啮合效率的啮合效率的现有计算方法的进一步应用,这为进一步提高了双螺旋齿轮的传动效率的理论基础。

利益冲突

T.he author declared no potential conflicts of interest withrespect to the research, authorship, and/or publication of this article. The author also state that I have full control of all primary data and that I agree to allow the journal to review my data if requested.

致谢

作者对山东省自然科学基金(批准号:ZR2020ME118)在本次调查过程中的资助表示感谢。作者还要感谢编辑和匿名评论员对改进论文的建议。

工具书类

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引用本文:C.王,转速和扭矩对双螺旋齿轮传动系统,力学和工业啮合效率的影响金博宝22, 23 (2021)

所有表格

T.able 1

齿轮试验台的公共布局,具有闭合电流和齿轮传动效率的公式。

T.able 2

实验双螺旋齿轮的参数。

T.able 3

实验条件。

所有数字

缩略图 图。1

齿轮传动功率损失的组成。

在文本中
缩略图 图2

T.he flow diagram for the calculation of experimental value of meshing efficiency for double helical gears and the influence of rotational speed and torque.

在文本中
缩略图 图3.

齿轮传动效率试验台的示意图,具有闭合电流。(a)电机和装载机位于同一轴上(b)电机和装载机在不同的轴上。

在文本中
缩略图 图4.

双螺旋齿轮轴的力分析。

在文本中
缩略图 图5.

图纸实验小齿轮和齿轮。

在文本中
缩略图 图6.

小齿轮齿廓测量曲线。

在文本中
缩略图 图7.

Helix measurement curve of pinion.

在文本中
缩略图 图8

轮廓测量齿轮齿轮。

在文本中
缩略图 图9.

螺旋测量曲线的齿轮。

在文本中
缩略图 图。10.

用于闭合功率流动的双螺旋齿轮传动效率的试验台的示意图。

在文本中
缩略图 图。11

用于闭合功率流动的双螺旋齿轮传输效率的试验台。

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缩略图 图。12

双螺旋齿轮转速/扭矩与啮合效率的关系曲线。

在文本中

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