齒輪傳動裝置僅僅是整個聲響系統的一部分。除齒輪傳動外,還包括原動機、被驅動設備、齒輪傳動附件、基礎與環境等。其中每一項都會影響由齒輪傳動裝置發射出的噪聲或振動的測量級別,除另有協議外,齒輪制造商的責任是確保在其工廠試驗環境下由齒輪傳動裝置發射的級別在合同規定或商定的范圍以內。
9選用系數Ksf
9.1選用系數的定義
選用系數的說明具體的應用場合對齒輪傳動裝置性能的影響,此系數包含以下應用情況的特有影響:
a)在正常運行條件下,外部動載荷的影響,包括正常地起動和轉換方向;
b)表明曲型應用特征的壽命影響;
c)要求的可靠性的影響,并包含為所考慮應用情況允許的失效百分率。
d)作為無法預測并在正常運行情況下發生的隨機超負荷的安全性。
在為某種應用情況選擇閉式齒輪傳動裝置以前,應確定這種傳動裝置的“修正功率”的計算值,其方法就是用選用系數乘以規定的傳遞功率。因為選用系數表示了齒輪傳動設計功率與最大內在傳遞功率之間的關系,建議將選用系數應用于從動機械或原動機的銘牌功率作為適用功率。
制造商與用戶必須商定按哪一種功率——原動機功率還是從動機械需用功率,對齒輪傳動裝置作出選擇。所選齒輪傳動裝置必須有一個等于或超過“修正功率”的計算負載能力。
9.2影響外部運載荷的系數
為確定選用系數,應考慮這樣的事實,即許多原動機會產生的瞬時尖峰轉矩明顯大于由原動機或從動設備的名義功率確定的轉矩。還有許多其他可能的超負荷原因應當考慮;
a)系統振動;
b)臨界速度;
c)加速轉矩;
d)超速;
e)系統運行的突然變化;
f)制動;
g)反向轉矩(例如由車輛延時器引起的反向轉矩)導致輪齒的非工作面受載。
傳動裝置運行范圍以內的分析是必要的。如果出現臨界速度,總的傳動系統設計要作改變,以消除或預防系統的損壞,所以要消除齒輪與軸的振動。除非在購貨協議中商定外,閉式齒輪傳動的設計者或制造商都不負責對該系統的分析。
9.2.1運行特征
影響選用系數增減的一些運行特征是:
a)原動機的類型:電動機、液壓馬達、蒸汽或燃所透平、具有單缸或多缸內燃發動機;
起動條件:尖峰載荷起過額定載荷200%時起動或頻繁起動與停止時,要求時行個體的載荷分析。額定載荷定義為選用系數為1時的齒輪裝置功率。當在原動機與齒輪傳動裝置之間采用軟起動聯軸器,選用系數可根據齒輪傳動裝置制造商對應用情況的分析作出選擇。
b)超載:超過額定載荷的載荷被認為超載。超載可以是瞬時的、周期穩態或性質上是振協的。應力的大小和循環次數值要求作具體分析,以避免低周疲勞或屈服應力失效。有些情況,例如高轉矩馬達、極度反復沖擊、或較高的沖擊載荷,還如當失速狀態時都需要具本研究。
c)超速:對有助于外部傳遞載荷與動載荷的超速狀態要求進行具體的分析。
d)配備制動裝置的應用:當齒輪傳動裝置配備一種使系統運動減速的運行制動裝置時,應根據制動功率或傳動功率(無論哪個更大)來選擇傳動裝置。假如制動裝置僅用于夾緊且在系統運運停止后應用,其功率應小于齒輪箱功率的200%。如制動裝置功率大于200%,或制動裝置位于齒輪傳動裝置的輸出軸上,則需要具體的分析。
e)可靠性與壽命要求:對于要求高級別的可靠性或非普通的長壽命應用場合,用戶與齒輪制造商在確定選用系數前應給以仔細的考慮。
9.2.2系統的條件
旋轉機械系統設計中一個重要方面是系統對激振力的動態(振動)響應的分析。
9.2.2.1振動分析
任何振動分析必須考慮整個系統,包括原動機、齒輪傳動裝置、從動設備、聯軸器及地基等。施加在齒輪傳動裝置上的動載荷是整個系統的動力特性面不是齒輪傳動裝置單獨影響的結果。
9.2.2.2動態響應
系統的動態響應導致產生系統的附加載荷和系統中相鄰零件間的相對運動。
疊加到系統中的平均運行載荷上的振動載荷取決于系統的動態特性,振動載荷可導致系統零部件的失效。
9.2.2.3系統誘發的失效
齒輪傳動裝置中系統誘發的失效可產生如斷齒輪、齒輪件的嚴重表面損壞、斷軸、軸承失效或其他零部件的失效。
9.2.2.4特別系統考慮
應該指出:同步電機、一些類型的大轉矩感應電機以及發電機傳動裝置在系統設計時要求特別當心。
同步電動機在起動時和當瞬時切斷又重新起動時具有高的瞬態轉矩。
特高轉差率設計的感應電機可以產生很高的起動轉矩,而且電機在很短時間內斷開與又重新閉合時,或當電機用星形、三角形(Y-Δ)接線法起動時要產生大的轉矩。
當發電機與主系統異相時,會有極高的載荷。而且并聯連接的短路引起的轉矩載荷可高達正常運行轉矩的20倍。
在決定選用系數時,所有特定轉矩條件均應考慮到。
9.2.3特殊考慮的問題
當出現以下一個或多個情況時,必須對齒輪傳動裝置的選擇作出調整:
a)外界條件:極端的溫度與環境條件;
b)潤滑:不符合制造商推薦的任何潤滑劑;
c)軸向誤差與變形;
d)換向應用;
e)涉及人身安全的高危險性應用。
9.3Ksf的確定
對任何應用情況,可在附錄A提供的表(表A.1與表A.2)中選取Ksf的相應值。它還考慮了由于選用電機的沖擊程度。
9.4選用系數的限制
Ksf包含了應用時一般的起動情況。
假如發生意外的超轉矩,假如最大轉矩Tmax低于2Tn×Ksf以及假如它的運行沒有超過4.6規定的循環次數,這種超轉矩情況是允許的,不會造成損壞。
假如超過了這些值,應該安裝特殊裝置保護齒輪箱,或者選擇更大功率的齒輪箱。
9.5傳動零件的選用系數
9.5.1應用場合、壽命、可靠性與安全性的關系
在齒輪副計算時,采用選用系數等于1時,它相當于:
a)抗點蝕能力與彎曲強度的使用系數KA=1。
b)對給定的材料與熱處理,用于抗點蝕與彎曲強度計算時在設計速度下運轉10000h計算的壽命系數YNT與ZNT;
c)對于抗點蝕與彎曲強度,相當于99%的可靠性;
d)對于變曲強度,最小安全系數1.2(SFmin=1.2)和對于抗點蝕最小安全系數1.0(SHmin=1.0)。
9.5.2閉式傳動裝置適用系數的確定
通過仔細分析特定應用條件下的運行經驗,可以更好地確定選用系數。
所用的選用系數包含了可靠性、允許的使用壽命、應用條件及安全系數這些用經驗確定的單個系數的綜合效果。這些量的每個單獨的數值影響不可能逐一確定,而只能作為一個整體考慮。
9.6正常工作條件
選用系數Ksf涵蓋了僅在正常工作條件下產生的起地與動載情況。只要在與齒輪箱有關的動力傳動系統以內沒有自然扭振頻率的激勵,這樣的條件就考慮為正常。
要搞清工作條件是否正常,必須 對包括齒輪箱的全部裝置進行扭振分析。扭振分析是整個系統供應商的責任。對于高輸入速度,應該特別注意核查沒有輪齒嚙合諧和振的危險。