摘 要

随着机械工业的飞速发展和科技水平的不断提高，对机械传动零件的实验与检测手段的要求日益提升。而齿轮作为传递运动与动力的最基本机械零件，是机械工业中必不可少的，所以对齿轮检测诊断的需求及其重要性不言而喻。针对齿轮传动性能的测试研究已成为现代测试技术的一个重要研究方向。而齿轮实验台是用实验的方法探究齿轮的各种失效形式并检测其承载能力、传动效率及相关工作性能的最基本手段。所以构建齿轮传动实验台对机械设备的研究和开发具有重要理论价值和经济价值。

本文对齿轮传动实验台的两种方案进行了比较并采取了功率开放式齿轮传动试验台的设计方案，并且对其关键零部件齿轮、轴、齿轮箱和轴承座等进行了设计，对加载器、轴承、联轴器和密封件等进行了选择，各部件之间的相互配合组成了完整的齿轮传动实验台，可测试出齿轮的承载能力、传动效率及其相关性能并且能检测齿轮的各种故障缺陷。

关键词：齿轮；实验台；故障诊断；结构设计

Abstract

With the rapid development of the mechanical industry and the continuous improvement of the level of science and technology, the requirements of experiment and testing methods for the mechanical transmission products are constantly increasing. Gear is essential for a variety of machines as a transmission device of movement and power. Therefore, the gear detection and diagnosis is very important to the industry. The research of gear transmission performance has become an important field of modern test technology. The gear testing machine can be used to study various gear failures and measure its carrying capacity, transmission efficiency and related performance by experimental methods. Therefore, construct the gear testing machine has great theoretical and economic value in the field of mechanical equipment development.

   In this paper, two schemes of gear testing machine are compared and the design scheme of power open is adopted to design the gear test machine. The gears, shafts, gearboxes and bearing box are designed. The load device, bearings, couplings, seals, sensors, etc. were selected. All of components form a complete gear testing machine, which can measure the load capacity of the gear, transmission efficiency, related performance and detection of various types of gear faults.

Key Words：gear; Testing machine; Fault diagnosis; structural design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究的基本内容 2

第2章 整体方案的选择 4

2.1封闭式实验台 4

2.2开放式实验台 4

2.3方案对比及确定 4

第3章 加载器的选择 5

3.1 机械加载器 5

3.2 电加载器 5

3.2.1 磁粉加载器 5

3.2.2 电涡流加载器 6

3.3 加载器的对比及确定 7

第4章 试验台关键零部件的设计与选型 8

4.1 传动效率和传动比的确定 8

4.1.1 传动效率的计算 8

4.1.2 传动比的确定 9

4.2 轴的设计计算 10

4.2.1 轴的工作条件 10

4.2.2 初算轴径 10

4.2.3 轴的结构设计 11

4.3 齿轮的设计计算 12

4.3.1 齿轮相关参数及齿数的确定 12

4.3.2 齿轮的设计 12

4.3.3 齿轮的校核 13

4.4 齿轮箱及轴承座的设计 14

4.4.1 齿轮箱的设计 14

4.4.2 轴承座的设计 15

4.5 轴承的选择与寿命计算 15

4.5.1 轴承的选择 15

4.5.2 轴承的寿命计算 15

4.6 键连接的选择与计算 16

4.6.1 键连接的选择 16

4.6.2 键的强度计算 16

4.7 联轴器的选择 17

4.8 润滑和密封方式的选择 17

4.8.1 齿轮和轴承的润滑方式 17

4.8.2 密封方式的选择 18

第5章 试验台结构建模 19

5.1 三维建模的简介 19

5.2 实验台关键部分的三维建模 19

5.2.1 齿轮箱的三维建模 19

5.2.2 轴承座的三维建模 20

5.2.3 轴与齿轮的三维建模 21

5.2.4 扭矩传感器和电涡流加载器的建模 22

5.2.5 冷却管的模型 23

5.2.6 标准件的导入 23

5.2.7 整体总装模型 24

第6章 结论 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

随着科技的不断发展，人们越来越意识到机械传动对日常的生产生活具有无可比拟的作用，所以针对机械传动综合性能测试已成为现代测试技术的一个重要研究方向。构建机械传动综合测试系统同样对机械传动设备的开发和研究具有重要理论价值和经济价值^[1]。而齿轮是机械设备中最基础的零件之一，进行着传递运动和动力的工作，被广泛应用于机械工业中。当齿轮出现故障后，会使得整个机械产品的工作性能降低，更为严重的话，有可能丧失工作能力，容易造成严重的安全事故。因此，对齿轮进行准确、及时的故障诊断非常必要。研究齿轮故障检测技术的意义重大，不仅可以将维修时间减少、使维修成本下降，还可以使诊断的准确性提升，为企业获取更高的经济收益，同时增加生产的安全性，避免安全事故的发生。

通过建立齿轮传动实验台，在实验室对齿轮的各种故障形式进行诊断分析，从而探索常用的故障诊断与检测方法；掌握齿轮的基本工作原理；了解常见的故障类型；巩固大学所学的齿轮的相关知识。对生产中出现的各种与齿轮有关的相应故障进行诊断分析，进而发现问题解决问题，将维修时间减少、使维修成本下降，还可以使诊断的准确性提升，同时为齿轮的优化以及维护提供理论支持。