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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
開題報(bào)告
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
班 級(jí)：
專 業(yè)： 機(jī)械
指導(dǎo)教師：
齒輪性能綜合試驗(yàn)臺(tái)
開題報(bào)告
1. 本課題研究的目的和意義
2 齒輪綜合性能試驗(yàn)臺(tái)研究目的
該綜合試驗(yàn)臺(tái)集機(jī)、電、液、氣為一體，通過扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、噪聲、壓力等傳感器實(shí)時(shí)采集和處理各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對(duì)其綜合性能進(jìn)行測(cè)試。
2 我國齒輪傳動(dòng)制造行業(yè)的現(xiàn)狀分析及與國外相關(guān)行業(yè)對(duì)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(jī)械齒輪傳動(dòng)、農(nóng)機(jī)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(dòng)、齒輪專用裝備等各類產(chǎn)品的技術(shù)引進(jìn)和消化，使我國齒輪傳動(dòng)制造業(yè)近十年得到了跨越式的發(fā)展。
首先，汽車手動(dòng)變速箱（含重、中、輕、微），轎車變速箱，摩托車齒輪、工程機(jī)械換擋變速箱，大、中型農(nóng)機(jī)變速傳動(dòng)的配套，已經(jīng)基本立足國內(nèi)生產(chǎn)，基本滿足了主機(jī)廠的配套需要，并已經(jīng)有部分齒輪件出口或變速箱出口。在汽車自動(dòng)變速箱方面，目前仍被進(jìn)口產(chǎn)品控制。
其次，在車輛驅(qū)動(dòng)橋、主被動(dòng)螺旋錐齒輪、直齒錐齒輪及輪邊減速機(jī)方面，大部分能滿足國內(nèi)配套需要。以東風(fēng)車橋?yàn)榇淼尿?qū)動(dòng)橋與錐齒輪產(chǎn)業(yè)正在整合重組發(fā)展，已經(jīng)看到快速發(fā)展的希望。
第三，在工業(yè)通用變速箱領(lǐng)域，SEW等一批國外獨(dú)資企業(yè)的進(jìn)入激活了中國工業(yè)通用變速箱企業(yè)為代表，在產(chǎn)品系列化、模塊化、質(zhì)量與技術(shù)水平方面，最近五年有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，形成了與國際品牌的激烈競爭。我國企業(yè)生產(chǎn)的部分產(chǎn)品達(dá)到了國際水平，有部分產(chǎn)品已經(jīng)出口歐美。
第四，在高速重載齒輪傳動(dòng)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(jìn)齒輪箱集團(tuán)、鄭州機(jī)械研究所、洛陽中重減速機(jī)公司、沈陽礦山減速機(jī)公司為代表的企業(yè)。這些企業(yè)在引進(jìn)技術(shù)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(xiàn)。
第五，特殊、專用車輪傳動(dòng)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(shù)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(biāo)進(jìn)步較慢，致使齒輪行業(yè)的大部分主導(dǎo)精加工裝備仍是以進(jìn)口為主。部分齒輪企業(yè)裝備國產(chǎn)化的希望主要有：秦川機(jī)床廠的蝸桿砂輪磨齒機(jī)；重慶機(jī)床廠、南京二機(jī)長的數(shù)控機(jī)床；螺旋錐齒輪磨齒機(jī)床的研制成功；天津元昊公司數(shù)控螺旋錐齒輪切齒機(jī)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(duì)齒輪行業(yè)的潤滑市場服務(wù)。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(dòng)變速箱方面，目前仍被進(jìn)口產(chǎn)品控制；在特殊、專用齒輪傳動(dòng)方面，我國目前還沒有形成龍頭企業(yè)，企業(yè)的技術(shù)潛力尚待發(fā)揮。尤其是塑料齒輪在國外的應(yīng)用越來越普遍，但在我國并未得到應(yīng)有重視，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后世界水平；國產(chǎn)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(chǎn)品、自動(dòng)化產(chǎn)品不足，齒輪行業(yè)的大部分主導(dǎo)精加工裝備仍以進(jìn)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(zhì)有待提高的問題。
2. 課題任務(wù)
檢測(cè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場顯示、存儲(chǔ)及輸出，并根據(jù)預(yù)先輸入計(jì)算機(jī)的分組參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量性能判斷。
本試驗(yàn)臺(tái)也可用于研究汽車各種系列前、中、后橋總成的制動(dòng)器制動(dòng)性能測(cè)試與磨合試驗(yàn)，并能夠?qū)蚩偝蛇M(jìn)行綜合性能的在線檢測(cè)。
通過制動(dòng)器磨合以及增減砝碼來改變軸承游隙和齒輪精度試驗(yàn)，從而獲得扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、噪聲、壓力等傳感器實(shí)時(shí)采集和處理各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)；并且對(duì)多路傳感器信號(hào)通過串、并口的同時(shí)采集及抗干擾措施。
3. 本設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求
l 齒輪傳動(dòng)精度影響
輪齒加工時(shí)，由于輪坯、刀具在機(jī)床上的安裝誤差，機(jī)床和刀具的制造誤差以及加工時(shí)所引起的振動(dòng)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(dòng)質(zhì)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(jù)齒輪的實(shí)際工作條件，對(duì)齒輪加工精度提出適當(dāng)?shù)囊笾陵P(guān)重要。
我國國標(biāo)GB10095-88中，對(duì)漸開線圓柱齒輪規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，第l級(jí)精度最高，第12級(jí)最低。齒輪精度等級(jí)主要根據(jù)傳動(dòng)的使用條件、傳遞的功率、圓周速度以及其它經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求決定。6級(jí)是高精度等級(jí)，用于高速、分度等要求高的齒輪傳動(dòng)，一般機(jī)械中常用7～8級(jí)，對(duì)精度要求不高的低速齒輪可使用9～12級(jí)。
齒輪每個(gè)精度等級(jí)的公差根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布均勻性等三方面要求，劃分成三個(gè)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(gè)公差組為同一精度等級(jí)，但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級(jí)的公差組組合。第II公差級(jí)精度等級(jí)6～9級(jí)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(jí)，第I公差組和第III公差組的精度等級(jí)可參閱有關(guān)手冊(cè)加以確定。
齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙是指一對(duì)齒輪在嚙合傳動(dòng)中，工作齒廓相互接觸時(shí)，在兩基圓柱的內(nèi)公切面上，兩個(gè)非工作因廓之間的最小距離jn。規(guī)定側(cè)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(dǎo)致輪齒卡住。合適的側(cè)隙可通過適當(dāng)?shù)凝X厚極限偏差和中心距極限偏差來保證，齒輪副的實(shí)際中心距越大，齒厚越小，其側(cè)隙就越大。
l 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲分析
??在傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)類產(chǎn)品(如工業(yè)減速箱、汽車變速器等)的設(shè)計(jì)過程中，人們往往只注重功能的實(shí)現(xiàn)和工作的可靠性，很少關(guān)心整個(gè)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲問題。但隨著人們對(duì)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(shè)計(jì)角度出發(fā)降低齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲，我們就應(yīng)首先來分析一下齒輪系統(tǒng)噪聲的種類和發(fā)生機(jī)理。
??? ?在齒輪系統(tǒng)中，根據(jù)機(jī)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(shí)，由于沖擊而使齒輪產(chǎn)生很大的加速度并會(huì)引起周圍介質(zhì)擾動(dòng)，由這種擾動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射稱為齒輪的加速度噪聲。另一方面，在齒輪動(dòng)態(tài)嚙合力作用下，系統(tǒng)的各零部件會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這些振動(dòng)所產(chǎn)生的聲輻射稱為自鳴噪聲。
???? 對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，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(dòng)軸等處輻射出來。對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)，加速度噪聲先輻射到齒輪箱內(nèi)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(dòng)通過傳動(dòng)軸引起支座振動(dòng)，從而通過齒輪箱箱壁的振動(dòng)而輻射出來。一般說來，自鳴噪聲是閉式齒輪傳動(dòng)的主要聲源。
???? 因此，齒輪系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)度不僅與輪齒嚙合的動(dòng)態(tài)激勵(lì)力有關(guān)，而且還與輪體、傳動(dòng)軸．軸承及箱體等的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)態(tài)特性以及動(dòng)態(tài)嚙合力在它們之間的傳遞特性有關(guān)。一般來說，齒輪系統(tǒng)噪聲發(fā)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：
(1)齒輪設(shè)計(jì)方面 參數(shù)選擇不當(dāng)，重合度過小，齒廓修形不當(dāng)或沒有修形，齒輪箱結(jié)構(gòu)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(cè)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(zhuǎn)精度不高及間隙不當(dāng)?shù)取?
(4)其他方面輸入扭矩。負(fù)載扭矩的波動(dòng)，軸系的扭振，電動(dòng)機(jī)及其它傳動(dòng)副的平衡情況等。
l 齒輪試驗(yàn)臺(tái)的主要技術(shù)性能
? 試驗(yàn)控制方式：自動(dòng)測(cè)試循環(huán)/手動(dòng)調(diào)試
? 試驗(yàn)臺(tái)模擬加載狀態(tài)：加載軸負(fù)荷0～5T，無級(jí)可調(diào)。
? 制動(dòng)器加載磨合；
? 運(yùn)行噪聲及異響檢測(cè)
? 試驗(yàn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)具有制動(dòng)參數(shù)和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、噪聲、溫升的參數(shù)采集、計(jì)算、判斷、顯示、存儲(chǔ)和輸出功能；
? 試驗(yàn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)具有產(chǎn)品工藝參數(shù)設(shè)定、修改功能；參數(shù)修改權(quán)限確認(rèn)功能；開機(jī)自檢功能；單步調(diào)試功能；程序檢測(cè)功能；
? 試驗(yàn)齒輪制造精度對(duì)軸線回轉(zhuǎn)精度、傳動(dòng)的震動(dòng)與噪聲的影響；
? 試驗(yàn)軸承精度、軸承預(yù)緊量和支撐剛度等對(duì)軸線回轉(zhuǎn)精度、傳動(dòng)的震動(dòng)與噪聲的影響；
? 試驗(yàn)齒輪潤滑和軸承潤滑對(duì)傳動(dòng)震動(dòng)溫升和噪聲的影響。
l 具體技術(shù)指標(biāo)要求如下
? 試驗(yàn)臺(tái)總功率： ~ 4KW；
? 砝碼 m=80kg；
? 帶輪增速比 u=1.5:1；
? 電機(jī)以變頻3000r/min無級(jí)調(diào)速運(yùn)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(shè)計(jì)
該試驗(yàn)臺(tái)主要由機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)組成。其中機(jī)械系統(tǒng)主要包括：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳感器的固定機(jī)構(gòu)，軸承的固定機(jī)構(gòu)，增速器機(jī)構(gòu)，加載裝置，磁粉制動(dòng)器，皮帶輪，皮帶，交流電機(jī)，聯(lián)軸器，扭矩傳感器，砝碼。測(cè)控系統(tǒng)主要包括：傳感器，信號(hào)調(diào)理裝置，信號(hào)采集與控制裝置和微機(jī)。
5. 設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
1—2周 了解該試驗(yàn)臺(tái)概況，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，作英文翻譯；
3—4周 提出試驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)方案，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)；
5—7周 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)﹑加工﹑裝配與調(diào)試；
8—9周 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)﹑選購與裝配；
10—12周 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試；
13—14周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
6. 參考資料
1) 高春甫．機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)．吉林大學(xué)，2003
2) 王毅． 單片機(jī)器件應(yīng)用手冊(cè)． 北京：人民郵電出版社，1995
3) 侯洪生，董國耀．機(jī)械工程圖學(xué)．科學(xué)出版社，2001
4) 譚慶昌，趙洪志，曾平．機(jī)械設(shè)計(jì)．吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1995
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6) 蔣敦斌，李文英．非電量測(cè)量與傳感器應(yīng)用．國防工業(yè)出版社，2005
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