¿Cuándo aparecieron los engranajes en China?
Ya en 1694, el erudito francés Philippe de la Hire propuso por primera vez que la involuta se podía utilizar como curva del perfil del diente. En 1733, el francés M. Camus propuso que la línea normal pública del punto de contacto de los dientes del engranaje debe pasar a través del nodo en la línea central. Las líneas centrales instantáneas auxiliares corren a lo largo de la rueda grande y la rueda pequeña respectivamente.
Cuando la línea central instantánea (círculo primitivo) de la leva está puramente rodando, las dos curvas de perfil de diente formadas por los perfiles de dientes auxiliares en la rueda grande y la rueda pequeña que están conectadas fijamente a la línea central instantánea auxiliar se conjugan entre sí. Este es el teorema de Camus. Tiene en cuenta el estado de engrane de las dos superficies de los dientes; la teoría moderna de la trayectoria del punto de contacto establece claramente el concepto. En 1765, L. Euler de Suiza propuso la base matemática para el estudio analítico de los perfiles de dientes involutos y desarrolló la relación entre el radio de curvatura y la posición del centro de curvatura de un par de curvas de perfil de dientes de engranajes engranados. Más tarde, Savary mejoró aún más este método y se convirtió en la ecuación actual de Eu-let-Savary. Roteft WUlls contribuyó a la aplicación de perfiles de dientes involutos. Propuso que los engranajes involutivos tienen la ventaja de una relación de velocidad angular sin cambios cuando cambia la distancia entre centros. En 1873, el ingeniero alemán Hoppe propuso el perfil de dientes involutivos de los engranajes con diferente número de dientes cuando cambia el ángulo de presión, sentando las bases ideológicas para los engranajes variables modernos.
A finales de 19, el principio del método de corte de engranajes generado y la aparición de máquinas herramienta y herramientas especiales que utilizan este principio han hecho que el perfil del diente involuto muestre grandes ventajas después de que el engranaje está equipado con más herramientas completas. Al cortar engranajes, siempre que el cortador de engranajes se mueva ligeramente desde la posición de engrane normal, el engranaje modificado correspondiente se puede cortar en la máquina herramienta con un cortador estándar. En 1908, la MAAG suiza estudió métodos de moldeado y creó un moldeador de engranajes generadores. Posteriormente, la BSS británica, la AGMA estadounidense y la DIN alemana propusieron sucesivamente varios métodos de cálculo para la modificación de engranajes.
Con el fin de mejorar la vida útil y reducir el tamaño de los engranajes de transmisión de potencia, además de mejorar los materiales, el tratamiento térmico y la estructura, también se han desarrollado engranajes con perfil de diente de arco. En 1907, el británico Frank Humphris publicó por primera vez el perfil de diente circular. En 1926, el suizo Eruest Wildhaber obtuvo la patente para el engranaje cónico con dientes de arco normal. En 1955, M.L. Novikov de la Unión Soviética completó la investigación práctica sobre engranajes de arco y ganó la Medalla de Lenin. En 1970, R.M. Studer, un ingeniero de la compañía británica Rolh-Royce, obtuvo la patente estadounidense del engranaje de doble arco. Este tipo de equipo atrae cada vez más la atención de la gente y juega un papel importante en la producción.
Un engranaje es una pieza mecánica dentada que puede engranar entre sí. Es muy utilizada en la transmisión mecánica y en todo el campo mecánico. La tecnología de engranajes moderna ha alcanzado: módulo de engranajes de 0,004 ~ 100 mm; diámetro de engranaje de 1 mm a 150 m; potencia de transmisión de hasta 100.000 kilovatios; velocidad periférica máxima de 300 metros/segundo; Los engranajes en la transmisión aparecieron muy temprano. Más de 300 a. C., el antiguo filósofo griego Aristóteles abordó el problema del uso de engranajes de bronce o hierro fundido para transmitir el movimiento de rotación en "Problemas mecánicos". La brújula del sur, inventada en la antigua China, ya utilizaba un tren de engranajes completo. Sin embargo, todos los engranajes antiguos estaban hechos de madera o metal, lo que solo podía transmitir el movimiento de rotación entre ejes y no podía garantizar la estabilidad de la transmisión. La capacidad de carga de los engranajes también era muy pequeña.
Con el desarrollo de la producción, se ha prestado atención a la estabilidad del funcionamiento de los engranajes. En 1674, el astrónomo danés Romer propuso por primera vez utilizar la epicicloide como curva del perfil del diente para obtener un engranaje que funcionara suavemente.
Durante la Revolución Industrial en el siglo XVIII, la tecnología de los engranajes se desarrolló rápidamente y la gente investigó mucho sobre los engranajes. En 1733, el matemático francés Camille publicó la ley básica del engrane del perfil dentario; en 1765, el matemático suizo Euler sugirió utilizar la involuta como curva del perfil dentario;
En el siglo XIX aparecieron las fresadoras y conformadoras de engranajes, que resolvieron el problema de la producción en masa de engranajes de alta precisión. En 1900, Pfeiffer instaló un dispositivo diferencial en la talladora de engranajes para procesar engranajes helicoidales en la talladora. Desde entonces, las máquinas talladoras de engranajes se han vuelto populares, el método de generación de engranajes tiene una ventaja abrumadora y los engranajes de espiral se han convertido en los engranajes más utilizados.
En 1899, Lasher realizó por primera vez el plan de modificar los engranajes. El engranaje revisado no sólo puede evitar la socavación, sino también igualar la distancia entre centros y mejorar la capacidad de carga del engranaje. En 1923, el estadounidense Wilder Haber propuso por primera vez el engranaje con perfil de diente en arco. En 1955, Sunovikov llevó a cabo una investigación en profundidad sobre los engranajes de arco y se utilizaron en la producción. Este tipo de engranaje tiene una gran capacidad de carga y una alta eficiencia, pero no es tan fácil de fabricar como el engranaje de espiral y necesita mejoras adicionales.
Los engranajes generalmente se componen de dientes, ranuras de dientes, superficies extremas, superficies normales, círculos de punta de diente, círculos de raíz de diente, círculos de base y círculos índice.
Los dientes de los engranajes, conocidos como dientes de engranaje, son cada parte elevada del engranaje que se utiliza para engranar. Estas partes elevadas generalmente están dispuestas en un patrón radial y los dientes de los engranajes emparejados hacen contacto entre sí, lo que permite que los engranajes funcionen continuamente engranados. El espacio entre dientes es el espacio entre dos dientes adyacentes en el engranaje; la cara del extremo es el plano del engranaje cilíndrico o gusano, perpendicular al eje del engranaje o gusano; el plano normal es el plano perpendicular a la línea de dientes del engranaje; dientes del engranaje; el círculo de la punta del diente se refiere al círculo donde se encuentra la punta del diente; el círculo de la raíz del diente se refiere al círculo donde se encuentra el fondo de la ranura, es el círculo donde se utiliza la generatriz de la línea involuta; laminación pura; el círculo índice es el círculo de referencia para calcular las dimensiones geométricas del engranaje frontal.
Los engranajes se pueden clasificar según el perfil del diente, la forma del engranaje, la forma de la línea del diente, la superficie sobre la que se ubican los dientes del engranaje y el método de fabricación.
El perfil de los dientes del engranaje incluye la curva del perfil de los dientes, el ángulo de presión, la altura de los dientes y el desplazamiento. Los engranajes de espiral son relativamente fáciles de fabricar, por lo que entre los engranajes utilizados en los tiempos modernos, los engranajes de espiral representan la mayoría absoluta, mientras que los engranajes cicloidales y los engranajes de arco se usan con menos frecuencia.
En términos de ángulo de presión, los engranajes con ángulos de presión pequeños tienen una capacidad de carga pequeña; los engranajes con ángulos de presión grandes, aunque tienen una capacidad de carga alta, aumentan la carga del rodamiento al transmitir el mismo par. por lo que sólo se utilizan en circunstancias especiales. La altura de los dientes de los engranajes se ha estandarizado y generalmente se utilizan alturas de dientes estándar. Los engranajes variables tienen muchas ventajas y se han utilizado en diversos equipos mecánicos.
Además, los engranajes se pueden dividir en engranajes cilíndricos, engranajes cónicos, engranajes no circulares, cremalleras y engranajes helicoidales según sus formas, se pueden dividir en engranajes rectos, engranajes helicoidales, engranajes en espiga y engranajes curvos; engranajes según la forma de sus líneas de dientes; la superficie de los dientes del engranaje se divide en engranajes externos y engranajes internos según el método de fabricación, se puede dividir en engranajes fundidos, engranajes cortados, engranajes laminados y engranajes sinterizados;
Los materiales de fabricación y el proceso de tratamiento térmico del engranaje tienen un gran impacto en la capacidad de carga, el tamaño y el peso del engranaje. Antes de la década de 1950, se utilizaba acero al carbono para los engranajes, acero aleado en la década de 1960 y acero cementado en la década de 1970. Según la dureza, la superficie del diente se puede dividir en superficie del diente blando y superficie del diente duro.
Los engranajes con superficies de dientes más blandas tienen menor capacidad de carga, pero son más fáciles de fabricar y funcionan bien. Se utiliza principalmente en maquinaria general que no tiene restricciones estrictas en cuanto al tamaño y peso de la transmisión, así como en producción de lotes pequeños. Dado que la rueda pequeña soporta la carga más pesada entre los engranajes emparejados, para que la vida útil de los engranajes grandes y pequeños sea aproximadamente igual, la dureza de la superficie del diente de la rueda pequeña es generalmente mayor que la de la rueda grande.
Los engranajes con superficies dentadas duras tienen una gran capacidad de carga. Después de cortar con precisión el engranaje, se templa, endurece la superficie o carburiza para aumentar la dureza. Sin embargo, durante el proceso de tratamiento térmico, el engranaje inevitablemente se deformará, por lo que es necesario esmerilar, esmerilar o cortar con precisión después del tratamiento térmico para eliminar los errores causados por la deformación y mejorar la precisión del engranaje.
Los aceros comúnmente utilizados para fabricar engranajes incluyen acero templado y revenido, acero templado, acero carburizado y templado y acero nitrurado. El acero fundido es un poco menos resistente que el acero forjado y, a menudo, se utiliza para engranajes más grandes. El hierro fundido gris tiene propiedades mecánicas deficientes y puede usarse para transmisiones de engranajes abiertos con cargas ligeras. El hierro dúctil puede reemplazar parcialmente al acero en la fabricación de engranajes; los engranajes de plástico se utilizan principalmente en lugares con cargas ligeras y requisitos de bajo ruido. Los engranajes correspondientes son generalmente engranajes de acero con buena conductividad térmica.
Los engranajes del futuro se están desarrollando hacia cargas pesadas, alta velocidad, alta precisión y alta eficiencia, esforzándose por ser pequeños en tamaño, livianos, de larga duración, económicos y confiables.
El desarrollo de la teoría de los engranajes y la tecnología de fabricación estudiará más a fondo el mecanismo del daño de los dientes de los engranajes, que es la base para establecer métodos confiables de cálculo de resistencia y la base teórica para mejorar la capacidad de carga de los engranajes y extender su vida útil. .
Desarrollar nuevos perfiles de dientes representados por perfiles de dientes en arco; investigación sobre nuevos materiales de engranajes y nuevos procesos de fabricación de engranajes: se estudiaron la deformación elástica, los errores de fabricación e instalación y la distribución del campo de temperatura de los engranajes, y se modificaron los dientes de los engranajes para mejorar la estabilidad de los mismos. funcionamiento del engranaje y aumenta el área de contacto de los dientes del engranaje a plena carga, mejorando así la capacidad de carga del engranaje.
La fricción, la teoría de la lubricación y la tecnología de la lubricación son el trabajo básico de la investigación de engranajes. Estudiar la teoría de la lubricación elastohidrodinámica, promover el uso de aceite lubricante sintético y agregar aditivos de presión extrema al aceite, que no solo pueden mejorar la capacidad de carga de la superficie del diente, sino también mejorar la eficiencia de la transmisión. [Nota del editor] Desarrollo de la industria de engranajes de China La industria de engranajes de mi país se desarrolló rápidamente durante el período del "Décimo Plan Quinquenal": en 2005, el valor de la producción anual de la industria de engranajes aumentó de 24 mil millones de yuanes en 2000 a 68,3 mil millones de yuanes, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 23,27%. Se ha convertido en la mayor industria de piezas mecánicas básicas de mi país. En términos de demanda de mercado y escala de producción, la industria de engranajes de China ocupa el cuarto lugar en el mundo, superando a Italia.
En 2006, el valor total de la producción industrial de todos los fabricantes de engranajes, transmisiones y piezas de transmisión a nivel nacional fue de 1.02628183000 yuanes, un aumento interanual del 24,15%. Los ingresos acumulados por ventas de productos fueron de 982.382.400 yuanes, un aumento interanual del 24,37%; el beneficio total acumulado fue de 566.526.5438+0 millones de yuanes, un aumento interanual del 26,85%.
Del 5438 de junio al 65438 de febrero de 2007, todas las empresas fabricantes de engranajes, transmisiones y piezas de transmisión del país alcanzaron un valor de producción industrial total de 136542841000 yuanes, un aumento interanual del 30,96%. Desde junio de 5438+0 hasta junio de 5438+0 en 2008, el valor total de la producción industrial de todas las empresas fabricantes de engranajes, transmisiones y piezas de accionamiento en todo el país fue de 144,529138 millones de yuanes, un aumento interanual del 32,92%.
En comparación con los países desarrollados, la industria de fabricación de engranajes de China todavía adolece de insuficientes capacidades de innovación independiente, lento desarrollo de nuevos productos, competencia de mercado desordenada, gestión corporativa débil, bajo nivel de informatización y necesidades generales de calidad de los empleados. para mejorar. En la actualidad, la industria de engranajes debería aumentar la concentración mediante la competencia y la integración del mercado, formando un grupo de empresas grandes y medianas con activos de miles de millones de yuanes, 500 millones de yuanes y 65.438 millones de yuanes mediante el diseño y desarrollo de propiedad intelectual independiente; productos, se debe formar un grupo de empresas líderes en el sistema de transmisión (conjunto de caja de cambios y eje motriz) integrar las capacidades y recursos de la industria de engranajes con las capacidades de apoyo de las empresas líderes para lograr la especialización y la creación de redes, y formar un gran número; de tecnologías únicas, productos únicos y capacidad de respuesta. Una rápida empresa de marca famosa a través de la transformación tecnológica, se realiza la transformación de las empresas modernas de fabricación de engranajes;
Al final del "Undécimo Plan Quinquenal", las ventas anuales de la industria de fabricación de engranajes de China alcanzarán los 654,38+03 mil millones de yuanes, y las ventas per cápita aumentarán a 650.000 yuanes/año, ocupando el segundo lugar. en el mundo. De 2006 a 2010, se añadieron más de 65.438 unidades de nuevos equipos, lo que significa que la inversión en nuevos equipos fue de aproximadamente 6.000 millones de yuanes, y se compraron 20.000 nuevas máquinas herramienta, con un precio unitario medio de 300.000 yuanes cada una. Para 2010, el número de diversas máquinas herramienta en la industria de fabricación de engranajes de China debería llegar a alrededor de 400.000, incluidas más de 65.438 máquinas herramienta CNC, con una tasa de CNC del 25% (17% más que el promedio de la industria). [Editar este párrafo] Los tipos de mecanismos de engranajes se clasifican según la relación de transmisión.
Relación de transmisión fija - mecanismo de engranajes circulares (cilíndrico, cónico)
Relación de transmisión variable - mecanismo de engranajes no circular (engranaje elíptico)
Según el eje Posición relativa
Mecanismo de engranajes frontales
Transmisión de engranajes cilíndricos rectos
Transmisión de engranajes externos
Transmisión de engranajes internos
Transmisión por piñón cremallera
Transmisión de engranajes cilíndricos helicoidales
Engranaje helicoidal doble
Mecanismo de engranajes espaciales
Transmisión de engranajes cónicos
Transmisión de engranajes helicoidales con eje escalonado
Transmisión de engranajes helicoidales
Tecnología de engranajes:
Medidor de bisel
Producto semiacabado Engranajes
Engranajes helicoidales
Engranajes internos
Engranajes rectos
Engranajes sin fin [Editar este párrafo] Parámetros principales del ángulo de hélice del engranaje helicoidal: β>0 ° es zurdo y viceversa.
Paso: pn = ptcosβ, los subíndices n y t representan la dirección normal y la superficie final respectivamente.
Módulo: mn = mtcosβ
Ancho del diente:
Diámetro del círculo de graduación: d = mtz
Distancia entre centros: a= 1 /2*m(z1+z2)
Condiciones de mallado correctas: m1 = m2, α 1 = α 2, β 1 =? β2
Coincidencia:
Número equivalente de dientes:
Método de diagnóstico simple de vibración de engranajes
El propósito de un diagnóstico simple es detectar rápidamente determine si el engranaje está Si el engranaje está en condiciones de funcionamiento normales, realice análisis de diagnóstico adicionales o tome otras medidas en el engranaje en condiciones de funcionamiento anormales. Por supuesto, en muchos casos, algunas fallas obvias también pueden diagnosticarse basándose en un simple análisis de vibración.
El diagnóstico simple de engranajes incluye diagnóstico de ruido, diagnóstico de nivel de vibración y diagnóstico de pulso de choque (SPM), de los cuales el diagnóstico de nivel de vibración es el más utilizado.
El método de diagnóstico de nivelación de vibraciones es un método de diagnóstico que utiliza la intensidad de vibración del engranaje para determinar si el engranaje está en condiciones normales de funcionamiento. Según diferentes indicadores y estándares de juicio, se puede dividir en método de juicio de valor absoluto y método de juicio de valor relativo.
1. Método de determinación del valor absoluto
El método de determinación del valor absoluto utiliza el valor de amplitud medido en el mismo punto de medición en la caja de cambios como indicador para evaluar directamente el estado de funcionamiento.
Para utilizar el método de juicio de valor absoluto para identificar el estado del engranaje, se deben formular los estándares de juicio correspondientes de acuerdo con diferentes cajas de cambios y diferentes requisitos de uso.
La base principal para determinar el valor absoluto de la posición de la marcha es la siguiente:
1) Investigación teórica sobre fenómenos de vibración anormales;
(2) Análisis de fenómenos de vibración basados en experimentos;
(3) Evaluación estadística de datos de medición
(4) Consulte las normas nacionales y extranjeras pertinentes.
De hecho, no existe un criterio de valoración absoluto que pueda aplicarse a todos los engranajes. Cuando el tamaño y el tipo de engranajes son diferentes, los criterios de evaluación naturalmente serán diferentes.
Al juzgar la vibración de banda ancha en función de los parámetros medidos, el valor estándar debe variar según la frecuencia. Cuando la frecuencia es inferior a 1 kHz, la vibración se juzga por la velocidad; cuando la frecuencia es superior a 1 kHz, la vibración se juzga por la aceleración. Los estándares reales variarán según el caso.
2. Método de valoración del valor de fase
En aplicaciones prácticas, para engranajes cuyos estándares de valoración absoluta aún no se han formulado, los datos de medición in situ se pueden utilizar plenamente para promediar estadísticas. para formular apropiado El estándar de juicio relativo se llama método de juicio de valor relativo.
El estándar de evaluación relativa requiere que la amplitud medida en la misma parte de la caja de cambios en diferentes momentos se compare con la amplitud en el estado normal cuando el valor medido se compara con el valor normal hasta cierto punto. , se considera que se encuentra en un determinado estado. Por ejemplo, el estándar de juicio de valor relativo estipula que si el valor real alcanza de 1,6 a 2 veces el valor normal, se debe prestar atención, y si el valor real alcanza de 2,56 a 4 veces, significa peligro. En cuanto a clasificarlo según 1,6 veces o 2 veces, depende de los requisitos de uso de la caja de cambios. Los equipos de desbaste (como la maquinaria de minería) suelen utilizar clasificaciones multiclase más altas.
En la práctica, para lograr los mejores resultados, los dos métodos anteriores se pueden utilizar simultáneamente para comparación y evaluación integral.