来源：更新时间：2020-06-22 11:29:20点击次数：1874次
1前言
塑钢门窗型材包装机作用是对轧制好的门窗型材表面包裹一层纸带，以防止型材损伤。进给机构是该设备的核心部分，其工作原理如图10主动胶筒从动胶筒塑钢门窗型材主动胶筒安装在蜗轮蜗杆减速机(WP040-1/60-B)的输出轴上，它与被动胶筒通过丝杠装置夹紧塑钢门窗型材后以21.5r/min的速度转动，带动塑钢门窗型材向前作进给运动，以实现对型材进行纸带缠绕包装。在传动链中，蜗轮蜗杆减速机的作用有两个:一是按照1： 60的减速比减速，二是运动方向的改变。在工作中， 固定于机架上的电机通过三角胶带将运动传递至齿 轮轴药,而再与安装在减速机输入轴上的Z2啮合，将 n=1291r/min的运动传入减速机。丝杠转动时,z?随 减速机一同移动并与齿轮轴Z|相对滑动。有关塑钢 门窗型材包装机传动齿轮磨损、点蚀等失效的报道 时有发生，除了一些使用和维护不当的因素造成的 之外，设计方面是否存在欠缺也是一个值得探讨的 问题。传统的齿轮设计方法是将应力、强度等参数 都视为确定量并按一定的强度条件进行设计或校 核，而实际情况并非如此。由于受各种因素的影响， 这些参数均存在许多不确定的因素。另外,齿轮的 许多失效形式，都是由于损伤累积引起的性能下降 而最终导致故障的过程，系统从完好状态到故障状 态是由一系列的中介状态相互联系、相互渗透、相互 转化的。可见,机械系统中随机性与模糊性是密切 相关同时存在，其主要表现为设计参数取值的随机 性和许用应力边界的模糊性。对于前者我们可以采 用统计学的方法即可靠性的方法来处理，对于后者， 可以采用模糊集合的隶属函数来表示。集模糊数学 和可靠性设计理论于一体的模糊可靠性设计方法正 是在这种背景下诞生的，它弥补了常规设计方法的 不足叫本文运用模糊可靠性设计理论解析塑钢门 窗型材包装机传动齿轮失效问题，并提出解决问题 的方法。
模糊可靠性设计按功能函数％=r-s (r、s分别为 零件的广义强度和广义应力)的取值把机械零件划 分为3种不同的状态：安全状态(xNO);模糊状态 G<0,且丘I较小);失效状态(*<0,且|x |较大俱其 中，模糊状态是描述零件从安全到失效之间的过渡 过程,零件所处的安全状态实际上是一模糊事件，用 的隶属度函数描述，则零件的模糊可靠度为仍：f［x )——随机变量/的概率密度函数。
塑钢门窗型材包装机传动齿轮的模糊可靠性 设计，就是将应力视为服从某种分布规律的随机变 量，将强度视为某种连续型函数的模糊变量来处 理，然后根据模糊可靠性的定义求解齿轮强度不失 效的概率或在给定的模糊可靠度的前提下确定齿 轮的主要尺寸。这种方法克服了常规设计中将应 力、强度视为确定量的缺陷，使设计趋于合理更接 近实际叫
2.2齿轮强度模糊可靠度计算
设塑钢门窗型材包装机传动齿轮的工作应力 (弯曲应力或接触应力)为b,齿轮材料的疲劳强度 极限(弯曲疲劳或接触疲劳)为。如，且它们都服从 正态分布，令X=O■如-O■，则X也服从正态分布，其均 值和标准差为印：将以上参数代入式(4)则可求出齿轮的接触疲 劳强度可靠度R。
3塑钢门窗型材包装机传动齿轮的可靠性
以某企业塑钢门窗型材包装机为研究对象叫 传动齿轮Z|、Z2为一对标准直齿圆柱齿轮传动。已知 电机 P=15kW,最小转速 n=1300rpm,Z]=26,Z2=28，模 数m=3.0mm,齿宽b=20mmo齿轮材料40Cr调质淬 火，齿面硬度48HRC~55HRC,转矩T的变动范围 为±5%,现校核小齿轮的强度。
3.1弯曲疲劳强度可靠度
将上述参数代入式(4)齿轮的接触疲劳强度可 靠度为R=0.97621。从表面看,齿轮传动接触疲劳强 度的可靠度较高，但与可靠性设计中一般归定的零 件可靠度大于0.99相比,还是有一定的差距。
通过分析知道，小齿轮的弯曲疲劳强度可靠度 足够，而接触疲劳强度可靠度明显不足。可见，齿轮 发生点蚀和磨损失效并非偶然，是由于接触疲劳强 度可靠性不足造成的，分析结果与实际情况完全 一致。
为了避免齿轮传动失效或寿命下降，今后在新 产品设计时应充分考虑零件的可靠性，应用可靠设 计理论设计,包括增大齿轮传动的中心距，采用正变 位齿轮传动等措施。但对于旧设备的改造，由于受 工艺要求和安装尺寸等条件的限制，应以对原设计 修改最少取得的效果最佳为原则。通过综合考虑， 在保持齿轮传动的几何参数不变的情况下，更换齿 轮材料和热处理方法不失为一种的提高齿轮接触疲 劳强度可靠度有效方法,它方便、经济，效果好。如 将齿轮的材料和热处理更改为20CrMnTi表面淬 火，可靠度计算如下：
齿轮的弯曲疲劳强度极限为a^=l 180MPa,标 准差为SH.=0.035b*=41.3MPa。
将上述参数代入式(4)得到齿轮的接触疲劳强 度可靠度为7?=0.99999,齿轮传动的接触疲劳强度 可靠度足够。
4结束语
常规设计，没有体现机械零部件的可靠度指标, 由于设计过程中将各种参数按静态性能处理，未能 考虑它们随机性及模糊性，虽然理论上满足强度条 件，但难以符合客观实际情况，往往引起零部件因 不可靠而失效，可靠性设计将机械零件的质量定量 化，这样不仅能将零件在指定的运行时间内的失效 概率限制在预先给定的一个较小的范围内，而且能 为零件的定期批量检修提供必要的依据，给设备故 障诊断和维修工作提供保证。模糊可靠性设计方法 充分考虑了载荷、零件尺寸和材料强度性能数据的 随机性和模糊性，将影响齿轮强度的各种参数看成 具有某种概率分布的统计量和模糊数，通过概率理 论和模糊数学计算求解齿轮强度的可靠性，克服了 常规设计中将设计变量一律视为确定量的缺陷，它 比常规的强度设计更接近客观实际，更科学合理。 通过利用模糊可靠性设计理论对塑钢门窗型材包 装机传动齿轮强度进行了分析，解答了齿轮失效的 原因，并提出了相应的改进措施，对提高塑钢门窗 型材包装机传动齿轮运行的安全性和可靠性具有 现实意义。
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