基于变化率形式监测齿轮磨损状况系统设计文献综述

 2022-11-27 03:11

结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写 2000字左右的文献综述:

研究目的:

随着科技的高速发展,机械设备日益高效化、复杂化和自动化。设备功能日趋完善使得生产率快速提高,生产成本大幅度降低,与此同时人类对机械设备的依赖程度也越来越强。机械设备一旦运行异常,即使是设备局部失效都可能会影响到整机的工作情况,甚至影响到整条流水线的生产,造成巨大的经济损失与安全问题【1】。例如1982年秦岭发电厂一台汽轮发电机由轴断裂引发的安全事故,造成的损失就高达3000万元。因而建立完善的设备状态监测评估体系意义重大【2】。据日本研究报道【3】,对机械设备进行状态监测评估,可使事故率降低75%,机械维修成本降低25%至50%,利润与投资成本之比可提高到17:1【2】,【4】。

齿轮作为不可或缺的传递动力和连接的零件,在航空航天、切削机床、交通运输等方面得到广泛应用【5】。齿轮长期工作在高速度、强冲击、高重载的环境下,容易产生齿面磨损、裂纹等齿轮失效,并进一步引起设备其他部件发生故障【6】,【7】。研究表明【2】,传动机械80%的故障由齿轮引起,旋转机械的故障10%由齿轮失效诱发,而由齿轮磨损诱发的齿轮失效占到了80%左右。机械复杂化程度不断提高,齿轮出现故障对社会生产造成的损失也越来越大。轻则降低生产率,重则造成人员身亡,引发各种社会问题【8】。例如我国的水泥行业,每年因为齿轮故障所导致的水泥产量下降就多达20万吨以上;由齿轮故障引起的交通事故的报道也屡见不鲜。美国调查表明,美国每年约有50起交通事故与齿轮、轴承等零部件故障有关,该数据持续了10年左右。因而开展对齿轮状态诊断评估的研究是一项有重要意义的课题。若能实现对齿轮状态的智能诊断评估,将大大提高生产效率,降低事故率,创造巨大的社会财富

齿轮失效形式

齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式,齿轮由于某种原因不能正常工作的现象,或者说齿轮在其使用过程中,由于某些原因而丧失工作能力或功能参数漂移到界限值以外的现象,被称为齿轮故障。现代机械对齿轮传动的要求日益提高,即要求齿轮能在高速、重载、特殊介质等恶劣环境条件下工作,又要求齿轮装置具有较高的平稳性、高可靠性和结构紧凑等良好的工作性能,由此使得齿轮发生故障的因素越来越多。从总体上讲,齿轮故障可划分为两大类:一类是由制造和装配等原因造成的,如齿轮误差、齿轮与内孔不同心、各部分轴线不对中、不平衡等;另一类则是齿轮由于长期运行而形成的,通常轮齿的表面承受的载荷很大,两啮合轮齿之间既有相对滚动,又有相对滑动,而且相对滑动的摩擦力在齿轮节点两侧的方向相反,在长期运行中将导致齿轮表面发生点蚀、疲劳剥落、磨损、塑性流动、胶合以及齿根裂纹、断齿及其他损伤等故障。

齿轮由于制造、操作、维护以及齿轮材料、热处理、运行状态等因素不同,产生异常的形式各不相同,常见的齿轮异常有以下几种形式【9】:

  1. 轮齿折断

轮齿的折断在正常工作条件下主要为轮齿的弯曲疲劳折断。轮齿进入啮合受载时,齿根部位由于存在截面突变和加工刀痕等引起的应力集中,使齿根产生再大的弯曲应力,在齿根便面产生疲劳裂纹。当轮齿反复受载,疲劳裂纹会不断扩展,最终使轮齿疲劳折断。

此外,在齿轮受到突然过载时,也可能出现过载折断或者剪断。当齿轮经严重磨损齿厚过分减薄后,也会在正常载荷下发生折断。

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