齿轮传动系统故障模拟综合实验台设计与仿真

孙冰心

【摘 要】由于齿轮传动有着传动精度高、承载能力强、传动功率稳定的特点，所以在各个机械行业中都获得了广泛地运用。但是，因为齿轮传动系统的内部结构比较复杂，而且齿轮传动运行的环境也不好，经常会使得齿轮传动系统在运行过程中出现故障。这些故障问题给其生产效率带来了非常大的影响，故障问题严重的话还会引起极大地安全事故。所以，大程度地降低齿轮传动系统运行中的故障问题是非常有必要的。本文主要对齿轮传动系统故障的原因和改进对策以及实验台的设计方案进行了简单的分析和研究，从而保障齿轮传动系统能够更加顺利地进行。

【关键词】齿轮传动系统；故障模拟；综合实验台

随着现社会科技的不断发展，机械设备也逐渐向更加精密、高效化的方向发展，对齿轮传动系统的要求也越来越高，不仅要求了齿轮传动系统能够承受较大的载荷功率，还要求了其齿轮传动系统自身要具备更加良好的可靠性，从而提升齿轮传动系统在运行过程中的安全性。但是，如果在这个过程中，一旦发生故障问题，就将会给其产业带来大的损失，所以对齿轮传动系统故障诊断研究变得越来越重要。在传动系统中，齿轮对于传递动力和承受载荷而言，是非常重要的组成部分，由于齿轮传动系统运行的旋转速度快、运行时间长，负荷率高，通常会给齿轮传动系统带来一定的影响，从而引发一些故障问题。对齿轮传动系统故障模拟综合实验台的设计可以便于诊断和预测齿轮传动系统所产生的噪声特性，可以在某种程度上承受较猛烈的载荷冲击，有充分的空间给齿轮进行更换和检测安装，从而保障该实验台的稳定性。

1 齿轮传动系统故障的原因及改进对策

1.1 齿轮受到损耗

齿轮受到损耗可以分为正常磨损、磨料磨损、干涉磨损、化学腐蚀四个方面。1）正常损耗的损伤特征有：齿面在传动过程中慢慢地被磨损，齿面就会从而磨失掉，同时表面呈现光亮现象。如果在此轮的表面上有金属现象的磨损，那么，曲面上就会出现逐渐出现一条连续线，从而形成了中等磨损。造成正常磨损的原因是：由于正常磨损通常是属于齿轮正常的跑合磨损，所以，当齿轮发展成中等磨损时，就必须要考虑齿轮传动系统运行的工作速度、润滑油的粘性度以及其运行的载荷。正常损耗的改进对策：定期地更换润滑油，充分地考虑润滑油的粘性和性能，尽量的降低油温；2）磨料磨损的损伤特征：齿轮传统如果出现错位情况，会产生划痕，在齿轮传动运行速度快的情况下，会造成过度磨损。造成磨料磨损的原因：润滑油量少，润滑油中掺杂有其他物质或外来的微粒，都会引起齿轮面上造成磨损。磨料磨损的改进对策：降低材料的粗糙度，注意润滑油的密封度，并对润滑油进行定期地清洁过滤；3）干涉磨损的损伤特征：通常损伤部位都是在齿轮的顶部或者底部，这种损伤直接会导致齿轮顶部滚圆、其底部移位。造成干涉磨损的原因：齿轮顶部和底部的材料储存量过多。干涉磨损的改进对策：采取合适的润滑冷却，避免齿轮的安装和制造出现问题；4）化學腐蚀的损伤特征：整个齿轮面出现凹痕现象。造成化学腐蚀的原因：化学反应的影响。化学腐蚀的改进对策：合理地控制腐蚀磨损的速度，选择正确的添加剂和润滑油。

1.2 齿面受到疲劳

齿面疲劳可分为点蚀和片蚀两部分。1）点蚀的损伤特征：材料颗粒的脱落会使得齿轮面上出现麻点现象，如果在扩展速度快的情况下，就会造成大范围的损伤面积，将损伤面进行放大观察，可以看到成片的麻点分布在齿轮面上。造成点蚀的原因：齿轮滚动和滑动两者混合结合，直接会导致齿轮面出现点蚀的现象。点蚀的改进对策：选择粘性较高的润滑油和高质量的添加剂，提高材料的硬度、精度；2）片蚀的损伤特征：齿轮面上出现脱落现象，脱落为碎片状，脱落之后的齿轮会出现三角形状的浅坑。造成片蚀的原因：齿轮过载比较严重。片蚀的改进对策：保证材料的纯洁度，不掺加任何杂物，提高材料的均匀性，此外，还需要注意齿轮不要过载。

2 齿轮传动系统故障模拟综合实验台的设计

齿轮传动系统故障模拟综合实验台是测定齿轮传动效率和承载能力的基本手段，齿轮对于各种机器而言是不可缺少的零件，齿轮传动系统故障模拟综合实验台的设计是保证其机器性能和检测的重要途径，随着现社会科技的不断发展，人们创造了各种不同的机械，对齿轮传动系统故障模拟综合实验台的研究，目前已经成为了一个重点的研究方向。以下两点是对齿轮传动系统故障模拟综合实验台设计方案的分析：

1）方案一：开放式实验台的设计。齿轮传动系统故障模拟开放式实验台主要是由齿轮装置、原动装置和负载来组成的。开放式的实验台设计从实际上来讲，就是将齿轮传动的功率转换为由电动机来传递功率，再通过实验装置以及齿轮传动中所有的传动件传到耗能装置，从而形成加载装置。开放式实验台在加载完毕之后，所需的传动功率都消耗在加载装置设备的运行过程中。由于加载装置设备的消耗功率比较大，所以，加载装置就只适合用于工作周期短、消耗功率低的实验装置中。

2）方案二：封闭式实验台的设计。轮传动系统故障模拟封闭式实验台主要分为机械封闭和电封闭两类。机械封闭式实验台主要是由陪试齿轮箱、转速传感器、电动机装置、加载装置、被试齿轮箱五部分组成，将实验台中所有的零件都安装于工作台之上，同时，在设计过程中，使用两个相同速比的被试齿轮箱。在被测对象的中心距不在一个时间段的情况下，要将被试齿轮的中心距进行改变，从而保证整个实验台中的传动路线不会受到影响。这样的设计方法不仅可靠性强，而且整个操作过程也比较方便，具有着多种不同的优点。电封闭式实验台主要是由电动机的运行功率来带动实验此轮箱的运行功率，再带动发电机的运行功率，之后再由发电机返回到电动机，从而形成电封闭系统，电封闭系统在某种程度上可以节约百分之五十左右的电能率。但是，由于发电机的功率和发电机的功率都与实验齿轮箱的功率相等，所以，电封闭式的实验台也不适合采用功率过大的实验装置。

3 结语

随着现社会科技的不断发展，机械设备也逐渐向更加高效的方向发展，对齿轮传动系统的要求也比以往高了许多，既要求了齿轮传动系统能够承受较大的载荷功率，还要求了其齿轮传动系统自身要具备良好的可靠性。齿轮传动系统故障模拟综合实验台的设计是保证其机器性能和检测的重要途径，对齿轮传动系统故障模拟综合实验台的研究是目前必须要重视的问题。综上所述，本文主要对齿轮传动系统故障的原因和改进对策以及实验台的设计方案进行了简单的分析和阐述。

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[责任编辑：田吉捷]