苍狼大地 发表于 2015-12-26 15:04:06

998谈齿轮之基本概念篇(一)

本帖最后由 苍狼大地 于 2015-12-26 15:12 编辑

       从2008年以来一直在必威APP精装版下载潜水,跟着998大侠学习了大量东西,开阔了眼界。但因为998大侠文字实在太多(主题帖+回复帖及相关帖子,差不多>900万字),涉及的内容也非常广泛,而且散落各处,包括主题帖、答复、点评。。。看到这些宝藏很多人都无缘看到实在心疼。
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       若有什么不合适(如侵犯版权等问题@2266998 ),请反馈,我会删除。或者大侠以及各位朋友想更深入讨论相关问题,非常欢迎,但我只负责默默潜水学习,并更新主题帖。
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一、齿轮学习指导
          — 玩齿轮的体会:
                   ☆ 首先懂材料,要特通,不是说我懂一些,要全懂,材料不通,玩不了,举例说,进口某东西,在米国用的也没有毛病,到中国来,夏天好好的,到冬天就很快完蛋了,这就是当初买东西的家伙不很懂,
                   ☆ 懂材料以后,就是齿轮设计,这里说的设计,不是说你会那个齿轮几何图形设计,是牵涉制作的设计,比如你要磨齿,要某个精度,就要协调制造部门,考虑怎么个工艺过程,你说,我只管设计,制造不管,好了,你设计的齿轮就不能用,或者寿命很短,
                   ☆ 玩齿轮,对计算机要求很低,这个跟玩大结构还不一样,玩齿轮,可以不要计算机,完全甩开计算机都没问题,
                   ☆ 你说玩齿轮了,必须玩特殊齿轮才有利润,设计者才有活路,玩一般齿轮,只能凑合吃饭,
                   ☆ 玩到一个水平,必须会玩大的齿轮床子,那才代表你真正懂齿轮了,理解齿轮了,
          — 做齿轮项目的全流程:
                   ☆ 玩啮合,实际是玩理论,没有啮合原理,就没有实际东西。随便想是没有实际价值的。
                   ☆ 啮合通了后,就知道怎么加工?怎么使用?这是自然过程,从小箱子就逐步开始玩大箱子,玩高精度的箱子,不断进阶提升。
                   ☆ 最终就玩齿轮机床了。这是一个连贯的过程,不可能省略什么东西,你也肯定走这个过程,必须循序渐进,不能跨越式发展。
                   ☆ 设计各种减速机,小的,中型的,重载的,逐步玩大的,自己带项目的时候,就必须全懂。因此自己必须学习,不学不行,不学习,项目就搁浅了, 你停就整个项目停了。学习螺伞就是带项目时学的,学习以后编写的计算程序,纯粹手编的,数千行的计算。
                   ☆ 加工中,还要与南高齿,西飞、哈飞等厂家协调各种数据,包括齿面处理,因为你经过所有的加工过程,就全懂了,也见到行业最顶头的那个家伙了,
                   ☆ 再下来,就是玩特殊的东西了,比如有干磨时间要求的,耐高温要求的,各种载荷要求的,要监控各种数据的,数据还要抗干扰传输等等,你就都玩过了,这是一个技术过程,一般家伙一辈子没有这个过程,没有走到最后,你玩的越多,人家拿过来的东西也越多,就玩的更多,
                   ☆ 再下来,就是玩大床子了,因为那东西没法加工,谁都没有,你就得给人家设计大床子,你要懂大转台,驱动,转台与滑臂的函数关系,坐标变换,精度的合成控 制,还有压力润滑,多头泵,转台的浮起量,油膜的刚度,等等,等等乱七八糟的问题,算一大本,拿着,什么数据都齐全的,做项目汇报,见大老板,你再开价,

1.1 学习的内容
          — 齿轮,实际玩的是个数学,在数学上玩不通的,就没有必要再理论,
          — 齿轮箱,看似千差万别,但原理是类似的,根本就是数学与材料,除去这俩东西就没有了,数学不行,玩不了齿轮,材料不全精通,也玩不了齿轮,
          — 齿轮渐开线,看李特文的齿轮手册,那里有基圆渐开线的展开方程式,非常详细,玩齿轮,那书要通读。作为李特文的书,见到就都得读。但你假如就想了解齿轮,读第一本就可以,假如学习计算这些东西,就都要通读,
          — 必威APP精装版下载上的书多的很,我都没有全读过,包括李特文的齿轮,德国米国的凸轮设计,还要液压资料,随便读点,深得都大的不得了,没必要开什么书单,我谈过背新概念四本,你背了?背过,英语就过关了,到外资起码2万薪水
          — 齿面轮廓,不是那种画几个圆圈的方式,你没有齿面轮廓怎么计算应力有多大?没有这个轮廓,用有限元分析什么?
          — 我用有限元做齿轮计算,是有了具体的对象,初步计算都好了,确定可以用了,计算那个啮合区域的最大应力用的,是个计算的辅助手段,
          — 再琢磨齿根曲线,有多种,与加工方式还有关,再琢磨齿面轮廓修正,琢磨一下,
          — 鬼子设计东西,一般有针对性,还是我们说的基础东西比我们扎实。设计一个东西要体会其内在的真谛,没有体会这个,就玩不好,玩的基本是表皮东西
          — 对与减速机,需要学会完全三维模拟,热变形计算分析,每个部位的变形量要能够计算出来,包括热状态 下的齿面啮合,热变形下啮合点的偏移,还要轴承压扁对于啮合的影响,所有这些,阿拉都可以计算出来,可以给大型的机构专门玩这个,并且说的明白。玩齿轮箱,一定要玩到最基础层面,否则,半吊子,什么都不是,既不能玩大的,也不能玩小的,因为不懂,
          — 画齿轮,要从基圆渐开线开始看,看渐开线数学方程式,看懂了,就不会错了,哈,就是最基础的理论,谁都得这么学,没有学到这个基础层面,随便看看,过几天就都忘了,我也一样,必须一次学懂了,再就不忘了
          — 看李特文的书,要先懂矩阵和向量代数。要有一定的运动学知识和足够的空间想象力。最后,你还得见过齿轮的加工过程。因为不是李特文之类,自己去想非常吃力。估计够你看至少半年了。可以先看看DIN3960,别被学校的教科书思维定势了
          — 玩齿轮只能硬念基础数学,并且要完全念通,不能含糊,一含糊全虾米,数学这东西一点都不能混,懂就是懂,通了就懂所有齿轮,就厉害了,因为懂的家伙现在特别少,非常稀少,
          — 多读GE和NASA的相关资料。看GE设计的一些机械零件,真是赞叹的不行。有时候,弄到人家一套系统工艺,反复琢磨,需要读好多遍,才能彻底理解了,人家设计一个东西的深度,是几代家伙积累并传承下来的,一个公司,最终倒闭,也要历经20年,慢慢才会倒闭,倒闭也不是一件容易的事情

1.2 需要学习到的程度:
          — 玩齿轮箱,你会设计这东西吗?会计算箱体吗?知道齿轮是怎么损坏的吗?看几张照片,损坏的齿轮箱,你是否可以立即就明白无误地告诉人家,到底发生什么了?他那个箱子是怎么损坏的?
          — 人家有时问俺,啥叫生根?我说,生根就是把巴西的矿石一直玩成齿轮,还知道修正齿面,这就是生根,你生根了,谁都不能撼动你,无论是谁,
          — 玩过一个大的齿圈,里面是滚动滑道,外面是齿,有多少敢玩的?敢玩的,说说你准备怎么玩?大致谈谈你的工艺过程,你承包这个,有多少寿命?怎么计算的?
          — 齿轮公司的面试:桌子上摆一大堆齿轮,让你自己看,你说这是啥?有些齿轮损坏了,问你为啥?
          — 搞齿轮床子,第一要特懂齿轮,而且是理论层面的东西,知道怎么成型怎么修正,如何处理加工误差,这之后就是懂床子结构,比如大型工作台,多头泵,提升臂与滑枕,运动与速比关系,控制系统,你对这些都很懂,就行了
          — 几十岁,搞了几十年齿轮,对高变位,角变位什么关系都没有概念,不知道怎么变的,设计齿轮箱的,对伞齿轮完全没有概念,别人帮助你是对某些细节的帮助,但不能让别人把本该属于你的活给干了
          — 技术的衰败非常厉害。十年前你看谈的是什么话题?大家谈的是齿轮修型,表面硬化层的处理,你再看今天谈什么?是谈怎么画齿轮,怎么区分齿轮与链轮,什么是变位?什么是齿轮中心距,

1.3 学习的态度和方式:
          — 学习就是一个过程,一块一块地积累,最后整个东西都懂了,就没有人玩的过你,但你必须先经历这个过程,没有过程,什么都不懂,就怎么玩都不行
          — 多去现场,多处理实际问题,再结合理论知识,自己能设计各种齿轮,能安排加工,能设计齿轮机床,能处理齿轮的实际问题,玩齿轮就算基本过关,在行业就可以生存下去,国内工程师往往是缺一部分,
          — 多努力,肯定没错,有问题,能详细描述出来,就不错,大家分析,你就大概知道怎么了,机械的东西,没有神秘的,都摆在桌子上,谁看了都会懂的,没有谁是超过他人的高人,都是学习过来的,所有人都如此
          — 能把现有齿轮寿命提高10%,就是研发,在10%的基础上分析材料,改进材料,再提高10%,就是大研发,你让谁去玩?谁都不玩?
          — 在不同阶段,玩的东西是不一样的,认识也是不一样的。随着玩的东西深入,理解在不断扩大、加深。

二、齿轮行业应用

2.0 概况:
          — 风力发电,要求高可靠性,高寿命,对于冶炼一路下来的流程非常严格,一旦齿轮有问题,要下塔检修,损失巨大,
          — 石油开采,是一个高的综合要求,因为行业利润大,不在乎其它东西,你就给人家玩好了,价格好商量,
          — 水泥行业,设备就在地面上,只是冲击负荷非常大,寿命只要求一定期限,比如一个或两个检修期,在检修期寿命合理就可以,其它就是要控制成本,不能贵了,
          — 大的回转窑齿圈,要耐磨性高,你怎么处理齿面硬度,比人家寿 命长,这就是你卖点,
          — 大磨机的齿轮,怎么解决高冲击条件下的轮齿强度,尤其是冲击疲劳强度,把人家侃服了,你东西就卖出去了,
          — 综合玩齿轮的厂家,一定要有一个对 齿轮特别熟悉的家伙,表现就是可以侃的头头是道,侃服了甲方,对人家特殊要求有应当措施,

2.1 机器人行业:
          — 大型机器人以行星、少齿差为多,小型以谐波为多,谐波是少齿差的一类,但体积可以更小,重量更轻,
          — 瑞士,米国、德国,日本的产品都不错,台湾的稍微逊色一些,国内有生产,厂家也多,但精度与寿命有一定差距,
          — 高速的,大载荷的,长期工作制的机器人,主要是用国外的产品,不重要的线的机器人,也有国产减速机,
          — 国内玩工业机器人减速机比韩国和台湾早,质量一直无法提高,综合问题,难以追上德国

2.2 钢铁行业:
          — 齿轮传动伴随整个钢铁行业的流程,从开采到破碎、筛分,大皮带的传动,到烧结、球团,再到炼铁、炼钢,连铸,到轧钢,都有,
          — 精度也不同,最高精度大概就是高速线材精轧机的齿轮箱了,国内是西飞与哈飞制造,
          — 说大型的,就是大热带上的齿轮箱,比如飞剪,轧机齿轮箱。都在几千千瓦,有些接近万千瓦,
          — 国内制造分几部分,一类是大的、普通精度的,主要是各重型机械厂,比如以前的‘八大金刚’,后起的有些大型冶金机械厂。高级精度的,主要是飞机制造厂制造,次高的有南高齿等,现在南高齿买了新设备,水平也上来了,许多年前,阿拉设计预精轧机的时候,南高齿只能制造这个,精轧机还不行,
航空、航天的设备非常好,基本就是米国的‘常规高级水平’,哈飞现在玩高线精轧,有115-120米的水平,不比世界落后许多,有点差距,不大。其它重机厂玩重型设备的加工能力是够的,受原料限制,与国外有距离
          — 阿拉给一些大单位专门设计非标的大齿轮箱,比如大飞剪的齿轮箱,精度可以到预精轧,因为精轧机都是买,一般不设计,也给他们提供技术支持,包括齿轮坯料的各种问题,各种大型减速机损坏分析,提供技术分析报告,对特殊疑难问题,组织技术论证,包括齿轮整个制造流程,故障分析

三、各国齿轮技术

3.1. 美国
          — 美国大型机械制造企业是设计、制造一体化的,并且以需求为导向
                   ☆ 如要加工一个典型东西,但没有设备,他会去先设计、制造了那个加工设备,再干你的零件,看似亏了,实际不是,因为从那以后,全世界的零件就只有他一个国家加工,别人没有份了,全世界的利润都是他的了,
                   ☆ 说回具体设计与加工,比如我是设计师,要加工大的面齿轮,我要搞清的是那东西的数学模型,刀具与工作台怎么配合就有阿拉要的那个精度,有具体画图的,俺说怎么画,他们就怎么画,不必完全知道我要玩什么,他们一辈子就给人家画图,也乐呵呵的,到老了,也非常专业,
                   ☆ 具体到工作台的‘浮起量’,我可以叫多头泵的厂子过来一起探讨,而工作台需要拼装时,叫生产厂过来协调,
                   ☆ 所有对象都搞定以后,写一本‘装配说明’,可能我对某一个公差吃不准,没关系,写出来阿拉要什么性能,比如阻力多大,运动精度多大,效率多高,都写清楚了,这就是‘设计图’,就可以给制造厂了,
                   ☆ 制造厂拿到你的图,会分析一下,比如你要的精度,他会去比较以往的‘数据库’,以前是缩微胶片,把大盒子抱过来,比较以前是怎么做的?他会给你添上你没有的‘公差’,这个不必你费心,添好以后会书面通知你,你有异议,再告诉他们,没有意见,就加工了,这就是制造,
          — 设计者对设计的产品是‘懂的的’,设计水平高,无论俄国,德国、小鼻子,现阶段玩工业,都不具备这个水平。我国采用全盘的“俄式体制”,设计和制造分离,设计不懂制造,制造不懂设计,最终不行了。
          — 米国人字齿轮,许多都没有中间的空刀槽,GE设计的齿轮,10齿以下的很多,从来没有捉摸过为什么?
          — 轮边减速机,有几个种类,最初是GE的,特点就是‘齿轮修型’举世无双,最高水平了,谁的寿命都不如GE,你拆开那东西,摆桌子上,琢磨很久,都觉得设计那东西的太厉害了,现在还有欧洲系的,总体不如GE
          — NASA的资料,尤其机械方面的资料,精品非常多,其壳体计算,结构计算,齿轮,尤其特殊齿轮计算,都是精品,要仔细研读,俺没事就翻这些东西, NASA的报告基本都挂在他的网站上公开
          — 米国的基础研究,大部分是向全世界公开的,包括材料,只是其它国家没办法玩到那个深度,包括学术资料,其实国内都有,但没有人读,我做项目,甲方送来的资料,非常完整,啥都有,只是他们自己的人没人肯读这些,

3.2 德国
          —

3.3 中国
          — 国内玩高速齿轮,水平很落后的,以前是南高齿,哈飞,西飞这些厂家玩,设备都不错,但不掌握齿形修正理论,基本就是仿制鬼子的产品,细节不了解,质量一直不行,

3.4 其他国家
          — 俄国齿轮基础理论,40、50年代还可以,现在不行了,精密齿轮加工水平也不行了。图系和米系的共轴浆还有特点。和世界水平相比落后,但并不比我们差。

四、减速器和增速器

4.0 简介
          — 设计减速机与设计增速机,可以说不是一个行业,也不是一类厂子玩这个东西,价格也没有可比性,人员也不同,

4.1 增速器噪音问题
          — 噪音是头痛的问题,本质就是因为大齿轮驱动小齿轮
                   ☆ 增速机的噪音,必须先区别开来,这些噪音有齿面滑移噪音,有齿面挤压噪音,有纯粹‘非工作侧背敲击噪音’等等,先分开是什么,你才能处理,有效噪音是单纯噪音,有些是组合噪音,
                   ☆ 箱体强度、刚度都有问题的时候,齿轮就像架在弹簧上一样,随载荷的增加,中心矩有变化,导致齿面滑移,就是钢对钢之间滑动的噪音,开箱看,有‘亮滑移面’,有纵线,这个就会有噪音,当齿轮基节误差大的时候,也有这个问题,
                   ☆ 大齿轮跳动大,这个包括径向与端跳,径向相当于变位,端跳就是偏摆,这都导致啮合点的跳动,啮合过程中有齿面跳动,就有噪音,端面跳动的恶果更大,
          — 解决措施:
                   ☆ 打开箱子,架表,测量大齿轮,看各个跳动,到底多大?找到那个最大的跳动齿,看它,是发生滑移了?还是偏摆超跳引起的‘亮带’,区域有多大?有多深?假如深度很大,很明显,这个就没治了,就像大夫看病,病的厉害了,就没有办法,名医也白搭,
                   ☆ 假如齿面基本接触均匀,工作齿面没什么问题,就有可能是‘背敲’,就是看非工作齿侧,谁敲谁了?是大齿轮挤压小齿轮了?还是小齿轮空敲大齿轮,小齿轮空敲大齿轮,是高频清脆音,单纯这个噪音不损害寿命,但不舒服,
                   ☆ 负载盘车,对小齿轮挂一定负载,盘动大齿轮,带小齿轮转,逐齿看啮合,基节误差是导致‘周期松紧变化’的,找到最紧的那个齿,修齿背,避开这个挤压点,可以消除这部分噪音,
                   ☆ 就先按我说的这些检查,可以处理一部分问题,可以降低一部分噪音问题,但不能根本改善,想深入玩,要学习增速机的齿形修正理论,用设计减速机的概念玩这个,走不出来,因为齿形啮合的理论与修正处理过程是不一样的,你要注意这个,

4.2 大型增速器的齿形修形问题
          — 大型增速机的齿轮修型,技术水平要求非常高,我好多年来,学了一些,只敢就事论事说一下,不敢泛泛而谈,忒深,
          — 这些理论,米国玩工业的系统与‘米军标修型系数’就不一样,宇航修型与米军标又不一样,小鼻子虽然与米国接近,也有差异,而英国与德国也有差异,英国涡轮系统与德国汽轮机系统又不一样,
          — 我有些参数,基本是拖动大风机这些的增速箱,没有规律性,速度一般5600左右,功率比你那个大好多了。功率最大到6000KW就非常好了,没有几个家伙手里有这些数据,博士都不一定有,尤其是用过的数据,非常珍贵,我就是因为有些数据,有处理过的案例,再给人家设计几个大型东西‘练手’,这才敢玩的,哈哈
          — 小功率的设备,尽可能别用锥面轴,自己增加难度了,锥轴做精密了,要技术,不是随便玩的,你就用直轴,用r 的配合就可以了

fhdakaoshan 发表于 2015-12-26 15:20:35

楼主是个有心人,学习了

lanyuedao 发表于 2015-12-26 15:22:10

哇塞,这个超级赞,楼主的6S水平必须已经到了整顿级别了

2266998 发表于 2015-12-26 15:26:07

哈哈,学习是一辈子的事情,大家在学习面前是平等的,没有高低贵贱,学到东西了,要督促人家学习,一个‘帽子很高’的前辈对俺说的,他自己不敢说,怕被骂,哈哈,但他说,你督促人家学习,有饭吃了,自己也是积德,

道理很简单,为了以后有馒头吃,再也不会遭受‘大屠杀’,简单吧,就这俩目标,

温故 发表于 2015-12-26 15:51:40

2266998 发表于 2015-12-26 15:26 static/image/common/back.gif
哈哈,学习是一辈子的事情,大家在学习面前是平等的,没有高低贵贱,学到东西了,要督促人家学习,一个‘帽 ...

《被解救的姜戈》里里奥昂多演的南方农场主和他的老黑奴,以及他父亲和给他父亲刮胡子的老黑奴,黑奴的历史与抗日时期的国民又何其像!

普通的玩家 发表于 2015-12-26 16:05:07

10086个赞,必须收藏!楼主辛苦了!

刘永青87 发表于 2015-12-26 16:07:04

原来998大侠总结了这么多干货,膜拜

西斜 发表于 2015-12-26 16:28:12

学习的方向有了,多谢

巧克力的花絮 发表于 2015-12-26 16:28:58

超级赞

dhf654 发表于 2015-12-26 16:38:33

比我看过的全面多了,楼主有心,必须赞一个!
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