齿轮疲劳寿命研究和疲劳强度设计开题报告

蚌埠学院本科毕业设计（论文）开题报告学生姓名丁伟波专业（班级）05级机械设计制造及其自动化课题名称齿轮疲劳寿命研究和疲劳强度设计一、本课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题1.题的作用、意义：齿轮在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以齿轮承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。随着机械传动系统越来越向着高速、重载和复杂化发展，人们越来越重视机械传动系统的可靠性和安全性，这使得人们对疲劳寿命估计越来越重视。机械零件的疲劳强度计算对于确定机器的使用寿命，确定维护周期及内容有很重要的意义，是机械设计中的不可缺少的一部分。齿轮及其齿轮产品是机械装备的重要基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动。因此从某种程度上说，中国的齿轮行业是我国机械业的基础，齿轮行业的发展对我国机械行业有着至关重要的作用。近些年来，我国齿轮制造能力和水平已有长足的发展，齿轮精度等级普遍对于不同类型的齿轮、齿廓形状、齿面硬度、结构形式、精度等级与生产条件，可选择不同的工艺方案。只有加强齿轮加工工序研究及齿轮的技术标准是各类齿轮产品质量的重要保证。为了更好的保证机械传动系统的可靠性和安全性，就需要对齿轮进行必要的疲劳强度设计。2国内外的研究现状和发展趋势；我国齿轮从没有到基本上形成了完整体系中，先是渐开线齿轮传动起步，在到渐开线齿轮在技术上成熟，应用最具备条件，因而使用也最普遍，并在机械传动设计中，占有主导地位。渐开线齿廓具有中心距敏感性小，可进行各种变位和修形设计，易于进行精密加工、互换性好等一系列优点。在70年代末，随着国外机械产品的引进与齿轮制造水平的提高，齿面经渗碳淬火、氮化或感应淬火处理的所谓硬齿面渐开线齿轮开始为人们所重视。这种齿轮由于齿面硬度高与轮齿精度好而大大提高承载能力和使用寿命，并因结构尺寸小使齿轮装置的成本大为降低。80年代末，我国已初步具备了硬齿面渐开线齿轮的制造能力，齿轮加工精度一般为6-7级，高精度齿轮可达4-5级。与此同时，符合理论齿廓与理论齿向的齿轮传动不一定具有良好的动态性能。重要的齿轮传动通设计为修形齿轮。现在，不仅那些有降噪要求的机床与车辆齿轮需要齿顶修形（也称修缘）或齿向修鼓形，而且发展为整个齿廓与齿向进行不同方式的修形设计。近些年来，我国齿轮制造能力和水平已有长足的发展，齿轮精度等级普遍对于不同类型的齿轮、齿廓形状、齿面硬度、结构形式、精度等级与生产条件，可选择不同的工艺方案。只有加强齿轮加工工序研究及齿轮的技术标准是各类齿轮产品质量的重要保证。齿轮制造技术是获得优质齿轮的关键。齿轮加工的工艺，因齿轮结构形状、精度等级、生产条件可采用不同的方案，概括起来有齿坯加工、齿形加工、热处理和热处理后精加工四个阶段。齿坯加工必须保证加工基准面精度。热处理直接决定轮齿的内在质量，齿形加工和热处理后的精加工是制造的关键。也反映了齿轮制造的水平。现在齿轮发展趋势很明显。由于炼油、化肥、冶金等设备向大型化发展，对传动装置的功率、速度与可靠性都提高了。国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、低噪声、高可靠性方向发展。为提高齿轮传动的承载能力，硬齿面齿轮设计制造技术，日益受到普遍的关注，以提高齿轮齿面硬度缩小传动装。齿轮材料与不同工艺条件下有不同经济效果。经过近20年的发展，中国齿轮行业已经形成100亿元产值的配套规模，进入快速发展时期，再次成为国民经济的热点和亮点。预计今后10年，中国齿轮传动产品市场需求将翻一番。2007年1-5月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值17898696千元，比上年同期增长31.79％；实现累计产品销售收入17389397千元，比上年同期增长33.26％；实现累计利润总额1002019千元，比上年同期增长37.62％。就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名已超过意大利，居世界第四位。国际上，齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展．特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮设计方面的一些特点．为达到齿轮装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载推力。各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸；也可应用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形。英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采用圆弧齿轮后，使减速器高度大为降低。随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效；现在冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多。人们利用计算机能对各种可能的设计方实进行计算、分析和比较，并通过优选，取得较为理想的结果．例如在分析齿面接触区，求啮合线与相对速度夹角中，对弹流润滑计算以及几何参数计算等方面编制了程序。还有，在齿轮修形计算与齿轮承载能力计算方面都编有程序．我国已编制了GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算标准的程序软件,供生产应用．在齿轮加工方面，可以利用计算机控制整个切齿过程．使制造质量稳定可靠．目前，国内在研究应用微机对弧齿锥齿轮的切齿调整卡进行计算，可对加工偏差及时调整．使齿面接触达到比较理想的位置，并大大提高了工效。此外，根据数控原理，应用微机对环面蜗杆螺旋齿面进行抛物线修形，已经应用于生产。虽然这方面的工作在国内还处于起步阶段，但它对提高齿轮制造质量和技术水平具有重要意义。3.尚待研究的问题：目前，少数单位开发了典型齿轮，部件的参数化CAD绘图，效率很高。要把通用的机械软件和齿轮专用的软件结合起来，推动软件的商品化与集成化，建成齿轮设计与制造工程数据库，逐步过渡到齿轮传动的动态设计技术与仿真技术，以适应高参数与高性能齿轮装置的设计要求，进一步解决齿轮产品虚拟设计与制造技术中，三维可视图形、建模与仿真、动态设计与分析计算等现代设计技术问题。另外对于中国整个齿轮行业还面临着相当多的问题，离齿轮传动装置模块化设计尚远，齿轮传动装置技术性能赶不上先进国家，齿轮动力学分析软件水平不高，产品标准还没有和国际接轨，国产钢材质量不稳定，企业工艺装备落后，信息化水平低、低水平生产过剩、无序竞争激烈、重复引进和对外国技术依赖严重等诸多问题。二、完成任务的研究思路和方案首先了解疲劳破坏机理及疲劳设计理论，收集齿轮传动系统的相关参数、齿轮传动手册、机械设计手册、有限元概论、ANSYS使用手册等相关文献，然后对应疲劳设计所需要的数据，查找或计算获得所研究对象的相关数据，进行疲劳强度计算，计算疲劳寿命，最后通过实验验证所计算的疲劳寿命是正确的，整个疲劳设计是可行的。三、需要的主要仪器和设备等1.强度计算软件和计算机2.autocad软件3.实验室四、指导教师评语（建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等）指导教师签名：年月