一、齒輪學習指導7 T6 a" k& e& v
— 玩齒輪的體會:( H& n, j. p6 Z. v7 j7 F9 K- u
☆ 首先懂材料,要特通,不是說我懂一些,要全懂,材料不通,玩不了,舉例說,進口某東西,在米國用的也沒有毛病,到中國來,夏天好好的,到冬天就很快完蛋了,這就是當初買東西的家伙不很懂,4 n2 n' j- L5 l n
☆ 懂材料以后,就是齒輪設計,這里說的設計,不是說你會那個齒輪幾何圖形設計,是牽涉制作的設計,比如你要磨齒,要某個精度,就要協調制造部門,考慮怎么個工藝過程,你說,我只管設計,制造不管,好了,你設計的齒輪就不能用,或者壽命很短, b; w. e8 o" [5 h# ]2 A& B
☆ 玩齒輪,對計算機要求很低,這個跟玩大結構還不一樣,玩齒輪,可以不要計算機,完全甩開計算機都沒問題,' F- u4 j' y1 ?0 J" Q1 }% V
☆ 你說玩齒輪了,必須玩特殊齒輪才有利潤,設計者才有活路,玩一般齒輪,只能湊合吃飯,. e7 [0 }5 ~( v: R* [
☆ 玩到一個水平,必須會玩大的齒輪床子,那才代表你真正懂齒輪了,理解齒輪了,0 }( M1 A! ?) u5 I
— 做齒輪項目的全流程:
) \# N. K5 F2 t& |4 } ☆ 玩嚙合,實際是玩理論,沒有嚙合原理,就沒有實際東西。隨便想是沒有實際價值的。
* a2 r! |8 X0 H6 ~. M ☆ 嚙合通了后,就知道怎么加工?怎么使用?這是自然過程,從小箱子就逐步開始玩大箱子,玩高精度的箱子,不斷進階提升。; D( _: a# v6 A! f @* k
☆ 最終就玩齒輪機床了。這是一個連貫的過程,不可能省略什么東西,你也肯定走這個過程,必須循序漸進,不能跨越式發展。 P2 b; O/ d' u3 I
☆ 設計各種減速機,小的,中型的,重載的,逐步玩大的,自己帶項目的時候,就必須全懂。因此自己必須學習,不學不行,不學習,項目就擱淺了, 你停就整個項目停了。學習螺傘就是帶項目時學的,學習以后編寫的計算程序,純粹手編的,數千行的計算。
' K+ e! R+ G( y% v( _ ?8 v ☆ 加工中,還要與南高齒,西飛、哈飛等廠家協調各種數據,包括齒面處理,因為你經過所有的加工過程,就全懂了,也見到行業最頂頭的那個家伙了,, }- t- w' N7 n0 \: v# y, x& W
☆ 再下來,就是玩特殊的東西了,比如有干磨時間要求的,耐高溫要求的,各種載荷要求的,要監控各種數據的,數據還要抗干擾傳輸等等,你就都玩過了,這是一個技術過程,一般家伙一輩子沒有這個過程,沒有走到最后,你玩的越多,人家拿過來的東西也越多,就玩的更多, M" m' x' L1 \- p" N/ d [
☆ 再下來,就是玩大床子了,因為那東西沒法加工,誰都沒有,你就得給人家設計大床子,你要懂大轉臺,驅動,轉臺與滑臂的函數關系,坐標變換,精度的合成控 制,還有壓力潤滑,多頭泵,轉臺的浮起量,油膜的剛度,等等,等等亂七八糟的問題,算一大本,拿著,什么數據都齊全的,做項目匯報,見大老板,你再開價,/ m* d" P% p3 |
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1.1 學習的內容
& H U# H1 H) }, b4 U — 齒輪,實際玩的是個數學,在數學上玩不通的,就沒有必要再理論,% \- y. Z+ e2 r3 z/ D2 L
— 齒輪箱,看似千差萬別,但原理是類似的,根本就是數學與材料,除去這倆東西就沒有了,數學不行,玩不了齒輪,材料不全精通,也玩不了齒輪,
' C+ }- E! o" X8 Q$ r* B8 X — 齒輪漸開線,看李特文的齒輪手冊,那里有基圓漸開線的展開方程式,非常詳細,玩齒輪,那書要通讀。作為李特文的書,見到就都得讀。但你假如就想了解齒輪,讀第一本就可以,假如學習計算這些東西,就都要通讀, i( B- l4 q2 p6 r$ p5 z; d
— 論壇上的書多的很,我都沒有全讀過,包括李特文的齒輪,德國米國的凸輪設計,還要液壓資料,隨便讀點,深得都大的不得了,沒必要開什么書單,我談過背新概念四本,你背了?背過,英語就過關了,到外資起碼2萬薪水 0 X' O! ~$ x# K9 e
— 齒面輪廓,不是那種畫幾個圓圈的方式,你沒有齒面輪廓怎么計算應力有多大?沒有這個輪廓,用有限元分析什么?1 p3 t' {2 }7 y6 p6 X
— 我用有限元做齒輪計算,是有了具體的對象,初步計算都好了,確定可以用了,計算那個嚙合區域的最大應力用的,是個計算的輔助手段,
% L9 D) t3 d" N& d( f- X — 再琢磨齒根曲線,有多種,與加工方式還有關,再琢磨齒面輪廓修正,琢磨一下,
; u- \0 b; g3 {( V8 K) T — 鬼子設計東西,一般有針對性,還是我們說的基礎東西比我們扎實。設計一個東西要體會其內在的真諦,沒有體會這個,就玩不好,玩的基本是表皮東西' s5 r! p, c; s) @
— 對與減速機,需要學會完全三維模擬,熱變形計算分析,每個部位的變形量要能夠計算出來,包括熱狀態 下的齒面嚙合,熱變形下嚙合點的偏移,還要軸承壓扁對于嚙合的影響,所有這些,阿拉都可以計算出來,可以給大型的機構專門玩這個,并且說的明白。玩齒輪箱,一定要玩到最基礎層面,否則,半吊子,什么都不是,既不能玩大的,也不能玩小的,因為不懂,
% c, W( a0 j+ e n# \ — 畫齒輪,要從基圓漸開線開始看,看漸開線數學方程式,看懂了,就不會錯了,哈,就是最基礎的理論,誰都得這么學,沒有學到這個基礎層面,隨便看看,過幾天就都忘了,我也一樣,必須一次學懂了,再就不忘了# H9 d: g7 s% [
— 看李特文的書,要先懂矩陣和向量代數。要有一定的運動學知識和足夠的空間想象力。最后,你還得見過齒輪的加工過程。因為不是李特文之類,自己去想非常吃力。估計夠你看至少半年了。可以先看看DIN3960,別被學校的教科書思維定勢了 , y3 R( C C' W( w
— 玩齒輪只能硬念基礎數學,并且要完全念通,不能含糊,一含糊全蝦米,數學這東西一點都不能混,懂就是懂,通了就懂所有齒輪,就厲害了,因為懂的家伙現在特別少,非常稀少,
$ M/ s J; W' _2 u7 |0 c' g" t4 i — 多讀GE和NASA的相關資料。看GE設計的一些機械零件,真是贊嘆的不行。有時候,弄到人家一套系統工藝,反復琢磨,需要讀好多遍,才能徹底理解了,人家設計一個東西的深度,是幾代家伙積累并傳承下來的,一個公司,最終倒閉,也要歷經20年,慢慢才會倒閉,倒閉也不是一件容易的事情 $ K! `2 B5 }% u
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1.2 需要學習到的程度:
' s0 f* I5 D K — 玩齒輪箱,你會設計這東西嗎?會計算箱體嗎?知道齒輪是怎么損壞的嗎?看幾張照片,損壞的齒輪箱,你是否可以立即就明白無誤地告訴人家,到底發生什么了?他那個箱子是怎么損壞的?
: m( s8 B$ f4 q/ M" U — 人家有時問俺,啥叫生根?我說,生根就是把巴西的礦石一直玩成齒輪,還知道修正齒面,這就是生根,你生根了,誰都不能撼動你,無論是誰,& u! F& w& L" l- @
— 玩過一個大的齒圈,里面是滾動滑道,外面是齒,有多少敢玩的?敢玩的,說說你準備怎么玩?大致談談你的工藝過程,你承包這個,有多少壽命?怎么計算的?
8 ^9 x9 @+ i" ?: l) C. U — 齒輪公司的面試:桌子上擺一大堆齒輪,讓你自己看,你說這是啥?有些齒輪損壞了,問你為啥?0 B- E0 S Q! q
— 搞齒輪床子,第一要特懂齒輪,而且是理論層面的東西,知道怎么成型怎么修正,如何處理加工誤差,這之后就是懂床子結構,比如大型工作臺,多頭泵,提升臂與滑枕,運動與速比關系,控制系統,你對這些都很懂,就行了! j g6 P$ r$ }0 {! L8 g
— 幾十歲,搞了幾十年齒輪,對高變位,角變位什么關系都沒有概念,不知道怎么變的,設計齒輪箱的,對傘齒輪完全沒有概念,別人幫助你是對某些細節的幫助,但不能讓別人把本該屬于你的活給干了
4 h' [+ X" m9 W" q# p — 技術的衰敗非常厲害。十年前你看談的是什么話題?大家談的是齒輪修型,表面硬化層的處理,你再看今天談什么?是談怎么畫齒輪,怎么區分齒輪與鏈輪,什么是變位?什么是齒輪中心距,$ S! [0 f# e/ m1 q9 b" W* ^0 b
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1.3 學習的態度和方式:" G O7 \1 g- z* `+ s
— 學習就是一個過程,一塊一塊地積累,最后整個東西都懂了,就沒有人玩的過你,但你必須先經歷這個過程,沒有過程,什么都不懂,就怎么玩都不行. j- Z6 R/ z, h# Y# y _
— 多去現場,多處理實際問題,再結合理論知識,自己能設計各種齒輪,能安排加工,能設計齒輪機床,能處理齒輪的實際問題,玩齒輪就算基本過關,在行業就可以生存下去,國內工程師往往是缺一部分, 0 U) A" d8 P! o; L9 S
— 多努力,肯定沒錯,有問題,能詳細描述出來,就不錯,大家分析,你就大概知道怎么了,機械的東西,沒有神秘的,都擺在桌子上,誰看了都會懂的,沒有誰是超過他人的高人,都是學習過來的,所有人都如此 - s4 q/ j% R$ M
— 能把現有齒輪壽命提高10%,就是研發,在10%的基礎上分析材料,改進材料,再提高10%,就是大研發,你讓誰去玩?誰都不玩?
) J8 K0 p3 l3 q( b$ @3 c/ _ — 在不同階段,玩的東西是不一樣的,認識也是不一樣的。隨著玩的東西深入,理解在不斷擴大、加深。
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6 M& C/ l. }1 f- G0 v. S S二、齒輪行業應用
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2.0 概況:
, z3 W+ K% [7 S1 m — 風力發電,要求高可靠性,高壽命,對于冶煉一路下來的流程非常嚴格,一旦齒輪有問題,要下塔檢修,損失巨大,, I; H. o( U1 a
— 石油開采,是一個高的綜合要求,因為行業利潤大,不在乎其它東西,你就給人家玩好了,價格好商量,) G" f* w4 }% o6 j0 i' q
— 水泥行業,設備就在地面上,只是沖擊負荷非常大,壽命只要求一定期限,比如一個或兩個檢修期,在檢修期壽命合理就可以,其它就是要控制成本,不能貴了,. D2 Q `. k' U3 @/ K
— 大的回轉窯齒圈,要耐磨性高,你怎么處理齒面硬度,比人家壽 命長,這就是你賣點,* u N7 a" W" M$ E
— 大磨機的齒輪,怎么解決高沖擊條件下的輪齒強度,尤其是沖擊疲勞強度,把人家侃服了,你東西就賣出去了,
' |5 z! u( V1 Q: K$ j — 綜合玩齒輪的廠家,一定要有一個對 齒輪特別熟悉的家伙,表現就是可以侃的頭頭是道,侃服了甲方,對人家特殊要求有應當措施,1 b* ^4 b/ i2 O' _% ]
7 I1 g4 E( R& F2.1 機器人行業:
# ?0 W, O" [$ H+ G. e — 大型機器人以行星、少齒差為多,小型以諧波為多,諧波是少齒差的一類,但體積可以更小,重量更輕,
6 m3 V/ N" {& R; V — 瑞士,米國、德國,日本的產品都不錯,臺灣的稍微遜色一些,國內有生產,廠家也多,但精度與壽命有一定差距,
5 j' ~6 k7 v0 y: e: ~* K4 C — 高速的,大載荷的,長期工作制的機器人,主要是用國外的產品,不重要的線的機器人,也有國產減速機,
) ]- x5 e: l8 R; g/ a! m — 國內玩工業機器人減速機比韓國和臺灣早,質量一直無法提高,綜合問題,難以追上德國. _9 R& e% R3 C0 S
6 E7 s: w- z, R" ?2.2 鋼鐵行業:, ^* C% @; \5 Q. t6 N
— 齒輪傳動伴隨整個鋼鐵行業的流程,從開采到破碎、篩分,大皮帶的傳動,到燒結、球團,再到煉鐵、煉鋼,連鑄,到軋鋼,都有,
% ~ B6 T/ A, X. p — 精度也不同,最高精度大概就是高速線材精軋機的齒輪箱了,國內是西飛與哈飛制造,, m6 E! D- @4 T& ~
— 說大型的,就是大熱帶上的齒輪箱,比如飛剪,軋機齒輪箱。都在幾千千瓦,有些接近萬千瓦,2 ?7 H; o" i; G4 D7 z
— 國內制造分幾部分,一類是大的、普通精度的,主要是各重型機械廠,比如以前的‘八大金剛’,后起的有些大型冶金機械廠。高級精度的,主要是飛機制造廠制造,次高的有南高齒等,現在南高齒買了新設備,水平也上來了,許多年前,阿拉設計預精軋機的時候,南高齒只能制造這個,精軋機還不行,1 B; d3 Q6 q' B# I( \& y
航空、航天的設備非常好,基本就是米國的‘常規高級水平’,哈飛現在玩高線精軋,有115-120米的水平,不比世界落后許多,有點差距,不大。其它重機廠玩重型設備的加工能力是夠的,受原料限制,與國外有距離 - ]9 U$ Z0 a; w8 }
— 阿拉給一些大單位專門設計非標的大齒輪箱,比如大飛剪的齒輪箱,精度可以到預精軋,因為精軋機都是買,一般不設計,也給他們提供技術支持,包括齒輪坯料的各種問題,各種大型減速機損壞分析,提供技術分析報告,對特殊疑難問題,組織技術論證,包括齒輪整個制造流程,故障分析% j4 g4 d& n5 Q8 G/ \; T8 c: f
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三、各國齒輪技術% s' {4 Q& Y0 D7 z. H- y) d
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3.1. 美國
0 [( M1 u9 W" U5 @, A — 美國大型機械制造企業是設計、制造一體化的,并且以需求為導向0 e( @ U" o( j5 z% N3 v- W
☆ 如要加工一個典型東西,但沒有設備,他會去先設計、制造了那個加工設備,再干你的零件,看似虧了,實際不是,因為從那以后,全世界的零件就只有他一個國家加工,別人沒有份了,全世界的利潤都是他的了,3 H" I4 H6 D5 o& E8 {. \8 _5 \
☆ 說回具體設計與加工,比如我是設計師,要加工大的面齒輪,我要搞清的是那東西的數學模型,刀具與工作臺怎么配合就有阿拉要的那個精度,有具體畫圖的,俺說怎么畫,他們就怎么畫,不必完全知道我要玩什么,他們一輩子就給人家畫圖,也樂呵呵的,到老了,也非常專業,
" n& D$ S! T9 a. }' {/ W ☆ 具體到工作臺的‘浮起量’,我可以叫多頭泵的廠子過來一起探討,而工作臺需要拼裝時,叫生產廠過來協調,
/ W; q$ Z0 r* ]6 z4 ]# x ☆ 所有對象都搞定以后,寫一本‘裝配說明’,可能我對某一個公差吃不準,沒關系,寫出來阿拉要什么性能,比如阻力多大,運動精度多大,效率多高,都寫清楚了,這就是‘設計圖’,就可以給制造廠了,$ g7 R9 Q# X& v7 P; ~
☆ 制造廠拿到你的圖,會分析一下,比如你要的精度,他會去比較以往的‘數據庫’,以前是縮微膠片,把大盒子抱過來,比較以前是怎么做的?他會給你添上你沒有的‘公差’,這個不必你費心,添好以后會書面通知你,你有異議,再告訴他們,沒有意見,就加工了,這就是制造,
! J j% V5 R# | — 設計者對設計的產品是‘懂的的’,設計水平高,無論俄國,德國、小鼻子,現階段玩工業,都不具備這個水平。我國采用全盤的“俄式體制”,設計和制造分離,設計不懂制造,制造不懂設計,最終不行了。
" b* x, Z0 p( H( e. ]) J% T — 米國人字齒輪,許多都沒有中間的空刀槽,GE設計的齒輪,10齒以下的很多,從來沒有捉摸過為什么?
) o6 f1 q) F% s — 輪邊減速機,有幾個種類,最初是GE的,特點就是‘齒輪修型’舉世無雙,最高水平了,誰的壽命都不如GE,你拆開那東西,擺桌子上,琢磨很久,都覺得設計那東西的太厲害了,現在還有歐洲系的,總體不如GE% b5 v: i" h, f
— NASA的資料,尤其機械方面的資料,精品非常多,其殼體計算,結構計算,齒輪,尤其特殊齒輪計算,都是精品,要仔細研讀,俺沒事就翻這些東西, NASA的報告基本都掛在他的網站上公開
) [ E2 x$ F0 Q- G9 A* X$ Y8 K — 米國的基礎研究,大部分是向全世界公開的,包括材料,只是其它國家沒辦法玩到那個深度,包括學術資料,其實國內都有,但沒有人讀,我做項目,甲方送來的資料,非常完整,啥都有,只是他們自己的人沒人肯讀這些,% {" N( w7 C1 v& {% M3 c9 w& C9 w
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3.2 德國
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3.3 中國1 B+ n( }2 Q3 u, y' |) Y3 t% D
— 國內玩高速齒輪,水平很落后的,以前是南高齒,哈飛,西飛這些廠家玩,設備都不錯,但不掌握齒形修正理論,基本就是仿制鬼子的產品,細節不了解,質量一直不行,; J' V6 r, \% N
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3.4 其他國家9 S K9 B" _+ Q8 m% q# o, e6 V
— 俄國齒輪基礎理論,40、50年代還可以,現在不行了,精密齒輪加工水平也不行了。圖系和米系的共軸漿還有特點。和世界水平相比落后,但并不比我們差。
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四、減速器和增速器
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1 F8 E% a$ B5 P* Z4 K4 X4.0 簡介! o5 G: \- R3 n$ k8 b
— 設計減速機與設計增速機,可以說不是一個行業,也不是一類廠子玩這個東西,價格也沒有可比性,人員也不同,
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! ^- p% q0 _7 ^. e k4.1 增速器噪音問題; Z" b2 }# n& Z: I+ Q- ~
— 噪音是頭痛的問題,本質就是因為大齒輪驅動小齒輪
: }6 i/ J5 R3 E8 j ☆ 增速機的噪音,必須先區別開來,這些噪音有齒面滑移噪音,有齒面擠壓噪音,有純粹‘非工作側背敲擊噪音’等等,先分開是什么,你才能處理,有效噪音是單純噪音,有些是組合噪音,
V7 _9 B$ r$ h4 @# {) y5 d S ☆ 箱體強度、剛度都有問題的時候,齒輪就像架在彈簧上一樣,隨載荷的增加,中心矩有變化,導致齒面滑移,就是鋼對鋼之間滑動的噪音,開箱看,有‘亮滑移面’,有縱線,這個就會有噪音,當齒輪基節誤差大的時候,也有這個問題,
4 @% P- [7 R1 G$ @ ☆ 大齒輪跳動大,這個包括徑向與端跳,徑向相當于變位,端跳就是偏擺,這都導致嚙合點的跳動,嚙合過程中有齒面跳動,就有噪音,端面跳動的惡果更大,
& I7 S# H& \& @0 u2 W9 ^ — 解決措施:
. b+ r$ h1 k) l( { ☆ 打開箱子,架表,測量大齒輪,看各個跳動,到底多大?找到那個最大的跳動齒,看它,是發生滑移了?還是偏擺超跳引起的‘亮帶’,區域有多大?有多深?假如深度很大,很明顯,這個就沒治了,就像大夫看病,病的厲害了,就沒有辦法,名醫也白搭,
% L1 c0 P w3 W# Q* V# [ ☆ 假如齒面基本接觸均勻,工作齒面沒什么問題,就有可能是‘背敲’,就是看非工作齒側,誰敲誰了?是大齒輪擠壓小齒輪了?還是小齒輪空敲大齒輪,小齒輪空敲大齒輪,是高頻清脆音,單純這個噪音不損害壽命,但不舒服,
6 A, T, e! a" Y, V i% j ☆ 負載盤車,對小齒輪掛一定負載,盤動大齒輪,帶小齒輪轉,逐齒看嚙合,基節誤差是導致‘周期松緊變化’的,找到最緊的那個齒,修齒背,避開這個擠壓點,可以消除這部分噪音,, ~) z! T0 r0 V% r0 @
☆ 就先按我說的這些檢查,可以處理一部分問題,可以降低一部分噪音問題,但不能根本改善,想深入玩,要學習增速機的齒形修正理論,用設計減速機的概念玩這個,走不出來,因為齒形嚙合的理論與修正處理過程是不一樣的,你要注意這個,
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4.2 大型增速器的齒形修形問題
C7 C3 ]7 b! N% F+ ^$ v+ C — 大型增速機的齒輪修型,技術水平要求非常高,我好多年來,學了一些,只敢就事論事說一下,不敢泛泛而談,忒深,5 h/ v7 N1 u- m9 S* Y
— 這些理論,米國玩工業的系統與‘米軍標修型系數’就不一樣,宇航修型與米軍標又不一樣,小鼻子雖然與米國接近,也有差異,而英國與德國也有差異,英國渦輪系統與德國汽輪機系統又不一樣,
$ ^9 j9 l; W. S — 我有些參數,基本是拖動大風機這些的增速箱,沒有規律性,速度一般5600左右,功率比你那個大好多了。功率最大到6000KW就非常好了,沒有幾個家伙手里有這些數據,博士都不一定有,尤其是用過的數據,非常珍貴,我就是因為有些數據,有處理過的案例,再給人家設計幾個大型東西‘練手’,這才敢玩的,哈哈+ f/ t; \/ w" ?
— 小功率的設備,盡可能別用錐面軸,自己增加難度了,錐軸做精密了,要技術,不是隨便玩的,你就用直軸,用r 的配合就可以了 G; \7 A& L2 n4 d/ f
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