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科技成果——高速重载齿轮修形理论及方法成果简介项目针对机车类重载、转速高、载荷变化频繁、工况复杂的齿轮传动，采用数值仿真、优化算法、动特性分析及优化等技术方法和手段，研究总结出了一套适用于重载、高速等复合工况下的齿轮传动宏观参数优化及微观齿形优化理论及方法，通过改善齿轮的传动质量和使用寿命形成了一套独有的设计、分析及优化方法，总结出了从优选材料及热处理工艺、进行齿形和参数优化设计、合理选择制造精度与工艺、优化润滑剂与润滑密封方式、改善动力学性能等五个方面提齿轮传动承载能力和寿命的技术措施，研究成果已应用于多种机车牵引齿轮的优化和设计中，优化得到可以兼顾机车分别运行在高速保持、启动、制动等阶段，并考虑机车前导驱动与后导驱动复合工况下的齿形修形技术，大大提高机车牵引齿轮的承载能力、使用可靠性、耐久性以及啮合平稳性，降低动载荷和噪声。
技术特点完成了2项铁道部计划项目《准高速铁路机车牵引齿轮优化设计》和《提高电力和内燃机车牵引齿轮寿命及可靠性的研究》，取得的科研成果经实验室试验及装车运行的实际考验，证明效果卓著，特别是为获铁道部科技进步特等奖的SS8型客运电力机车所设计的牵引齿轮，项目于2000年通过铁道部科技司主持的鉴定属国内领先水平，获2000年大连市科技进步一等奖，2001年辽宁省科技进步二等奖。
应用领域研究成果可应用于各类型渐开线齿轮传动中，可适用于各类型齿轮传动，尤其是重载齿轮传动的新产品设计、现有产品优化设计、新技术的消化吸收、现有产品的故障诊断及改进设计分析中。
市场前景该研究成果已成功地应用于株洲电力机车厂、大同机车厂、大连机车厂等生产的SS8型、SS6B型、SS7型、SS7C型、DF10F等十几种机型的机车牵引齿轮的优化设计中，仅SS8型、SS7C型等电力机车部分机型机车到2001年有证明的直接经济效益达5500万元以上。
目前与北车大连机车、北车长春客车、大同机车、南车株洲电力、南车戚墅堰所等多家企业进行广泛合作，为HXN、HXD等多种型号的机车牵引齿轮的国产化做出了一定的贡献。
高速精密齿轮传动装置的动力学仿真与优化设计齿轮传动作为一种常用的机械传动方式，广泛应用于各个行业的机械设备中。
在高速和高精度要求下，如何有效地设计和优化齿轮传动装置，是提高机械设备性能的关键之一。
本文将围绕高速精密齿轮传动装置的动力学仿真和优化设计展开讨论。
首先，我们来了解一下高速精密齿轮传动装置的特点和要求。
高速传动装置通常需要具备较高的可靠性、较低的噪声和振动水平，以及较好的传动效率。
而精密齿轮传动则需要具备高精度的齿面加工和装配技术，以确保传动装置的精度和稳定性。
在动力学仿真方面，我们可以采用一些常用的仿真工具和方法，如有限元分析和多体动力学仿真。
有限元分析可以用于分析齿轮系统的强度和刚度，以及预测齿轮传动装置在运行过程中的应力和变形情况。
而多体动力学仿真则可以用于分析齿轮传动系统的动态特性，包括齿轮的运动轨迹、传动误差和振动等。
在进行动力学仿真时，需注意以下几个方面。
首先，齿轮的几何参数和材料性质需准确输入模型中，以保证仿真结果的准确性。
其次，需要考虑传动装置的精度等级和几何形状误差，以确定齿轮的加工和装配公差。
此外，还需考虑齿轮的摩擦、损耗和润滑等因素对传动性能的影响。
在优化设计方面，我们可以采用一些常用的优化方法，如遗传算法、粒子群优化算法和响应面法等。
优化设计的目标通常包括最小化传动误差、最大化传动效率和最小化齿轮系统的振动等。
在进行优化设计时，需考虑齿轮的几何参数、材料性质和装配公差等因素的变化范围，并结合设计要求和约束条件，以确定最佳的设计方案。
在进行动力学仿真和优化设计时，我们还需关注以下几个关键问题。
首先，需要对齿轮传动系统的工作条件和运行环境进行充分的分析和评估，以确定仿真和优化设计的基准和目标。
其次，需要建立合理的数学模型和仿真方案，以保证仿真结果的准确性和可靠性。
此外，还需考虑齿轮传动与其他部件的耦合效应和相互作用，以综合考虑整个系统的动力学性能。
总之，高速精密齿轮传动装置的动力学仿真和优化设计是提高机械设备性能的关键之一。
提高齿轮精度的方法研磨是在其他金属切削加工方法未能满足工件精度和表面粗糙度要求时，所采用的一种精密加工工艺。
研磨的基本原理是在工件与工件之间，或在研具与工件之间加入研磨剂，在一定的压力下，研磨剂中的磨料对工件进行微量切削。
一般来说，压力越大研磨效率越高。
普通的研磨剂在使用时只能加很小的压力，压力稍大磨粒就会嵌入工件表面或造成划伤。
CRONEX特种研磨材料正是解决了目前所有研磨材料不能在大压力下使用的难题。
它是一种经特殊工艺生产的胶溶体，所有的磨粒都被胶溶体包裹着，磨粒的切削作用随着压力的大小而变化，压大力切削作用强，反之则小。
研磨对于工件的附着力很强，磨料分布高度均匀，研磨运转时，研磨剂不会甩出或飞溅。
自身具有润滑作用，研磨时的压力可达工件的工作负荷，被研工件表面不划伤，不嵌砂，不胶合，且可在很高温度下使用。
例如在机械制造领域，圆弧齿轮、螺伞齿轮、内齿轮、蜗轮蜗杆、细长比很大的深孔、异形内外表面的精密研磨和抛光，大型零部件制造误差、装配误差的修正，都可容易解决。
对铜、铝、巴氏合金一类的软金属的研磨，普通研磨剂一般是不许使用的，因为会造成划伤和嵌入。
该特种磨料对此类软金属研磨同样可以在大压力下使用，不会划伤和嵌入。
在一定条件下，可以以研代磨、以研代刮、以研代珩。
为了减小环境的噪声污染，传动机提出了低噪声的要求。
要求A 声级小于60dB。
传动机，经检测噪声超标。
对于已加工好的传动机，如何降低噪声，成为提高产品质量的关键问题。
经检查，传动机减速器齿轮的加工精度较低，有些参数严重超差，表面粗糙度值较高。
当齿轮加工精度低、齿面粗糙时，在齿轮啮合中仅有少数几点接触，使接触不平稳，且变形时间短，齿轮振动较大，这是产生噪声的主要因素。
提高齿轮精度减小齿面粗糙度可采用磨削或磨研等方法。
但已加工好的齿轮无磨削余量，采用常规研磨剂研磨，费时费力效果不很明显，因而采用CRONEX特种研磨材料的新工艺。
对减速器齿轮采用EP6号CRONEX磨料进行研磨。
第一章绪论习题答案思考题1）机器是由哪些基本部分构成？各部分作用是什么？2）什么是专用零件？什么是通用零件？试举例说明。
3）机械设计的研究对象是什么？学习时应注意哪些问题？4）机械零件的主要失效形式及设计准则是什么？5）设计机器应满足哪些基本要求？1）答：机器是由原动机、传动装置和工作机三大部分组成。
原动机是机械设备完成其工作任务的动力来源。
传动装置是按执行机构作业的特定要求，把原动机的运动和动力传递给执行机构。
执行机构也是工作部分，直接完成机器的功能。
2）答：所谓通用零件实际是指各种机器都经常使用的零件。
如轴、轴承和齿轮等。
专用零件是某些机器使用的零件，例如：发动机中的曲轴、汽轮机中的叶片。
3）答：本课程是研究普通条件下，一般参数的通用零件的设计理论与设计方法。
学习时应注意以下问题：1）理论联系实际。
2）抓住课程体系。
3）要综合运用先修课程的知识解决机械设计问题。
4）要理解系数引入的意义。
5）要努力培养解决工程实际问题的能力。
4）答：机械零件的主要失效形式有强度失效（因强度不足而断裂）、刚度失效（过大的变形）、磨损失效（摩擦表面的过度磨损），还有打滑和过热，联接松动，管道泄漏，精度达不到要求等等。
设计准则是1)强度准则2) 刚度准则3) 耐磨性准则4) 振动稳定性准则5) 热平衡准则6) 可靠性准则5）设计任何机器都必须满足如下要求1）使用要求2）经济性要求3）安全性要求4）其他要求（1）环保要求（2）外观要求（3）体积重量要求等第二章带传动习题1. 选择题1) 带传动中，在预紧力相同的条件下，V带比平带能传递较大的功率，是因为V带__3__.(1)强度高 (2)尺寸小 (3)有楔形增压作用 (4)没有接头2) 带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带__1__处(1)进入主动轮 (2)进入从动轮 (3)退出主动轮 (4)退出从动轮3) 带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为__4__.(1)带的材料不符合虎克定律 (2)带容易变形和磨损 (3)带在带轮上打滑 (4)带的弹性滑动4)带传动打滑总是__1__.(1)在小轮上先开始 (2)在大轮上先开始 (3)在两轮上同时开始 5) V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了_2___.(1)使结构紧凑 (2)限制弯曲应力(3)保证带和带轮接触面间有足够摩擦力 (4)限制小带轮上的包角6) 带传动的主要失效形式之一是带的__3__。
机械设计中的齿轮传动系统优化方法研究齿轮传动是机械工程中常用的一种动力传输方式，广泛应用于各种机械设备中。
通过齿轮的啮合配合，可以实现高效、精确的转动传递，确保机械设备的稳定性和可靠性。
然而，在实际工程设计中，齿轮传动系统常常面临着各种问题，如传动效率低、噪声大、寿命短等。
因此，对齿轮传动系统进行优化是一项十分重要的任务。
齿轮传动系统的优化方法研究可以从多个方面入手，涵盖了传动效率、噪声、寿命等方面的考虑。
下面将介绍几种常见的齿轮传动系统优化方法。
首先，传动效率是齿轮传动系统优化的重要指标之一。
通过改进齿轮的几何形状、齿轮材料选择以及润滑方式等，可以提高传动效率。
对于齿轮的几何形状来说，常见的优化方法包括减小齿轮啮合时的摩擦损失，采用更合理的啮合角等。
此外，合理选择齿轮材料，提高齿轮的硬度和抗磨损性能，也能有效提高传动效率。
另外，在设计润滑系统时，要注重选用适当的润滑方式和合适的润滑剂，以减小摩擦损失，提高传动效率。
其次，减小齿轮传动系统的噪声也是优化的重要目标之一。
齿轮传动系统在运动过程中会产生噪音，影响到机械设备的正常工作和运行环境的安静。
为了减小噪声，可以从减小振动和减小噪音源入手。
在设计齿轮时，采用合理的齿轮模数、齿数和齿轮间距等几何参数，可以有效减小齿轮的振动幅度，减少噪音的产生。
此外，选择低噪音的齿轮材料，使用减震和隔音结构，也可以起到减小噪音的作用。
最后，延长齿轮传动系统的使用寿命也是一项重要的优化目标。
齿轮在传动过程中受到很大的载荷和磨损，容易引起疲劳断裂和啮合面的磨损。
为了延长齿轮传动系统的使用寿命，可以从齿轮材料的选择、齿轮轮廓修形、表面处理等方面入手。
选择高强度、高耐磨的齿轮材料可以提高齿轮的使用寿命。
同时，通过合理的齿轮轮廓修形和表面处理，可以改善齿轮的接触应力分布和摩擦性能，减小齿轮的磨损，延长使用寿命。
除了上述方法外，还可以借助计算机辅助设计软件和仿真工具来进行齿轮传动系统的优化研究。
高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术及应用高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术及应用介绍高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术的研究和应用可以提高列车齿轮的性能和寿命，保障列车的安全运行。
以下是一些相关应用的讲解。
1. 超高温齿轮材料应用•随着列车速度的提高，列车齿轮面临着更高的温度和热膨胀的问题。
超高温齿轮材料的应用可以提高齿轮的耐高温性能，并减少由于温度变化引起的齿隙变化。
•使用耐高温合金、涂层和陶瓷材料等新型材料来制造齿轮，提高其抗热膨胀和耐热衰减能力，有效延长齿轮的使用寿命。
2. 优化表面处理工艺•表面处理工艺是提高齿轮耐疲劳强度和寿命的关键。
通过优化齿轮的表面处理工艺，可以提高齿轮表面的硬度和耐磨性，减少齿面的微裂纹和应力集中。
•喷丸、淬火、渗碳等表面处理工艺可以提高齿轮表面的强度和耐磨性，保证齿轮在高疲劳强度和重载下的可靠运行。
3. 新型齿轮材料的应用•新型齿轮材料的应用可以提高列车齿轮的强度、硬度和耐磨性，以满足高速和重载条件下的要求。
•高强度合金钢、高硬度表面增材制造（AM）材料和纳米材料等新型材料的应用，可以有效减小齿轮的变形和磨损，提高齿轮的使用寿命。
4. 基于CAD/CAM的精密制造技术•基于CAD/CAM的精密制造技术可以提高齿轮的制造精度和加工效率，保证齿轮的精确匹配和运转平稳。
•运用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM），通过数控加工设备进行齿轮的加工，能够实现高精度、高效率的制造过程。
5. 齿轮材料的损伤诊断和预测•利用损伤诊断技术和预测模型，可以对齿轮材料的损伤情况进行实时监测和分析，及时发现和修复潜在的问题。
•借助传感器和监测系统，对齿轮的振动、声音和温度等参数进行监测，以预测齿轮的寿命和故障风险，从而采取相应的维护措施。
以上是一些高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术及应用的介绍。
通过不断研究和应用这些关键技术，可以有效提高列车齿轮的性能和寿命，保障列车的运行安全。
直齿圆柱齿轮传动设计公式选用提示
关键字：直齿圆柱齿轮
设计公式选用提示：
1）开式齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度设计公式作齿轮的设计计算，不按齿面接触疲劳强度设计公式计算，也无需用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。
开式齿轮传动，将计算所得模数加大10%-15%（考虑磨损影响。
传递动力的齿轮模数一般不小于1.5-2mm（以防意外断齿）
2）闭式齿轮传动：
方法一：
软齿面闭式齿轮传动传动，接触疲劳点蚀是主要失效形式，计算时先按齿面接触疲劳强度设计公式求出小齿轮直径d1和接触齿宽b，再用齿根弯曲疲劳强度校核公式进行校核。
硬齿面闭式齿轮传动计算时先按齿根弯曲疲劳强度设计公式求出模数m和接触齿宽b，再用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。
方法二：
不论软硬齿面都分别按弯曲疲劳强度设计公式求出模数m,按接触疲劳强度设计公式求出小齿轮分度圆直径d1，再按d1=mZ1调整齿数Z1。
与方法一相比，这样设计出的齿轮传动，既刚好满足接触疲劳强度，又刚好满足弯曲疲劳强度，所以结构紧凑，避免浪费。
高性能齿轮传动系统的设计与实现引言齿轮传动系统作为一种常见的动力传输装置，在机械工程领域得到了广泛的应用。
高性能齿轮传动系统的设计与实现，对于提升传动效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有重要意义。
本文将探讨高性能齿轮传动系统的设计原则、优化方法以及实现过程。
一、设计原则高性能齿轮传动系统的设计离不开一些基本原则，下面将介绍其中几个关键的设计原则。
1.1 强度设计原则齿轮传动系统在传递动力的过程中会承受较大的载荷，因此强度设计是确保齿轮传动系统能够正常工作的基本原则。
在进行强度设计时，需要考虑齿轮材料的强度、齿轮的几何参数以及载荷情况等因素，以确保齿轮传动系统在使用中不会出现破坏。
1.2 精度设计原则齿轮传动系统的精度设计是保证传动系统运转平稳、传动效率高的重要原则。
精度设计主要包括齿轮的齿间间隙、齿轮的啮合角、齿轮的压力角等要求。
通过合理的精度设计，可以减小齿轮与齿轮之间的摩擦和磨损，提高传动效率。
1.3 优化设计原则齿轮传动系统的优化设计是在满足传动要求的前提下，通过优化设计指标，进一步提高传动系统的性能。
优化设计可以从几个方面进行，包括齿轮的材料选择、齿轮的几何参数设计、齿轮的润滑方式选择等。
通过优化设计，可以改善齿轮传动系统的工作效率和使用寿命。
二、优化方法在进行高性能齿轮传动系统的设计与实现时，可以采用一些优化方法来优化设计方案，提高系统性能。
下面将介绍几种常见的优化方法。
2.1 拓扑优化拓扑优化是一种通过改变齿轮的结构形态，来优化其载荷分配和强度分布的方法。
通过使用数值分析软件进行拓扑优化，可以在一定约束条件下获得最优的齿轮结构。
拓扑优化可以使齿轮传动系统的重量减小、载荷分布更加均匀，从而提高传动效率和使用寿命。
2.2 参数优化参数优化是通过改变齿轮的几何参数，来优化齿轮的工作性能的方法。
通过数值计算和试验验证，可以确定齿轮的最佳几何参数。
参数优化可以使齿轮传动系统的传动效率提高、噪声减小，提高整体性能。
高速轴承、高速齿轮及导轨的润滑方式
高速轴承、高速齿轮及导轨的润滑方式一直是机械制造领域一个重要的研究课题。
润滑方式的选择直接影响着机械设备的使用寿命、运行效率以及安全性。
在高速运转的机械设备中，润滑方式的选择更加重要。
在油膜润滑方式中，润滑油能够形成一层润滑膜来降低摩擦和磨损。
在高速轴承和高速齿轮中，油膜润滑方式被广泛采用。
油膜润滑方式有很多种，如全油膜润滑、边油膜润滑和油气润滑等。
其中，全油膜润滑方式适用于高速运转的轴承和齿轮，能够有效减小摩擦和磨损，提高机械设备的使用寿命。
在干摩擦润滑方式中，不使用润滑油，而是使用润滑剂或者固体润滑材料来减小摩擦和磨损。
干摩擦润滑方式被广泛应用于高温和高速运转的机械设备中，如高速列车的导轨等。
干摩擦润滑方式的优点是能够提高机械设备的使用寿命和效率，同时减小润滑油的使用成本和环境污染。
总之，润滑方式的选择需要根据机械设备的具体情况进行综合考虑。
在高速运转的机械设备中，选择合适的润滑方式是确保机械设备安全稳定运转的关键。
- 1 -。
机械设计习题集1(2010-08-23 12:41:50)1.问：常见的齿轮传动失效有哪些形式？答：齿轮的常见失效为：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。
2.问：在改变材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？答：可采取如下措施：1)减小齿根应力集中;2)增大轴及支承刚度;3)采用适当的热处理方法提高齿芯的韧性;4)对齿根表层进行强化处理。
3.问：齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？答：当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低形成油膜的条件差，润滑良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上。
4.问：在开式齿轮传动中，一般出现点蚀破坏？答：开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。
5.问：如何提高齿面抗点蚀的能力？答：可采取如下措施：1)提高齿面硬度和降低表面粗糙度;2)在许用围采用大的变位系数和,以增大综合曲率半径;3)采用粘度高的润滑油;4)减小动载荷。
6.问：什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏？如何提高齿面抗胶合能力？答：高速重载或低速重载的齿轮传动易发生胶合失效。
措施为：1)采用角度变位以降低啮合开始和终了时的滑动系数;2)减小模数和齿高以降低滑动速度;3)采用极压润滑油;4)采用抗校核性能好的齿轮副材料;5)使大小齿轮保持硬度差;6)提高齿面硬度降低表面粗糙度。
7.问：闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何同？答：闭式齿轮传动：主要失效形式为齿面点蚀、轮齿折断和胶合。
目前一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。
开式齿轮传动：主要失效形式为轮齿折断和齿面磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行弯曲疲劳强度计算，用适当增大模数的办法考虑磨损的影响。
8.问：硬齿面与软齿面如何划分？其热处理方式有何同？答：软齿面：HB≤350，硬齿面：HB>350。
软齿面热处理一般为调质或正火，而硬齿面则是正火或调质后切齿，再经表面硬化处理。
