齿轮减速器可靠性分析

李超艺(东北林业大学,黑龙江哈尔滨 150040)



齿轮减速器可靠性分析

李超艺
(东北林业大学,黑龙江哈尔滨 150040)

【摘 要】可靠性是衡量产品质量的一项重要指标, 是直接影响生产、经济及人身安全的大问题,因而,在国外倍受重视,并且向计算机和环境科学一样得到惊人的发展。近年来随着现代科学技术的不断进步,产品的使用场所更加广泛,环境更为复杂,这样使得整个系统发生故障的机会显著增加,而整个系统发生故障将会造成经济上的损失和人身安全。因此,复杂化与可靠性存在着尖锐的矛盾。本文介绍了齿轮减速器的可靠性定义及考核项目,齿轮减速器的故障树及可靠性评定分析,通过对齿轮减速器可靠性分析使我们了解到,一台减速器是否能达到理想的使用效果,其性能指标和可靠性指标都必须达到要求,现在我们把可靠性作为齿轮减速器考核的一项指标,对提高齿轮减速器的使用效果是时分必要的。

【关键词】齿轮减速器 可靠性 故障树

1 引言

随着现代化技术的发展，科技的进步，许多行业的机械设备、电子元器件的使用环境比较复杂。很多产品要在比较恶劣的条件下使用，这样就要求设备要有较好的使用性能和较高的可靠性。技术的进步使得各行业的装备产品功能更强大，结构更加复杂。由于结构复杂使得系统某一部分失效后会导致整个系统发生故障。当系统发生故障时可能会造成经济上的损失和危害人身安全。因此，设备系统的复杂化和可靠性之间存在着一定的矛盾。

可靠性是考核产品质量的重要指标之一，可靠性对经济、生产及安全将产生重大的影响。因此国外对可靠性非常重视，而且在这方面发展的很快。

我国在机械可靠性理论和应用研究方面起步较晚，为了解决我国某些机械产品寿命低，故障高，维修费用高的问题，尽快进行可靠性技术的研究和应用，是提高我国机械产品质量的重要保证。

2 齿轮减速器的考核指标和可靠性:

考核齿轮减速器可靠性的方法:(1)试验室疲劳寿命试验。(2)现场使用的数据统计。

在过去评价齿轮减速器是按性能进行评价的，一般按下列条件:1)传动比范围、承载能力；2)传动效率及平稳性；3)寿命和噪音。

在引入可靠性后，把其它指标作为性能指标，把寿命作为可靠性指标更为合理，也有利于考核。在实际操作过程中，如果其它指标都很高，但设备的故障率高，寿命低，那这样的产品也是没有意义的，也很难得到大面积的推广使用。

(图一)

(表一)

(表二)

(图二)

产品的可靠性是指:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。[1]齿轮减速器的可靠性是指:在许用工作负荷与转速及其它规定的工作条件下，能够正常运转的寿命。

3 齿轮减速器的故障分析及分类

故障分析是指在故障发生以后，对失效样品进行细致的检测和分析，找到失效原因及产生失效的后果。

3.1 故障模式

找到齿轮减速器失效的故障模式，采取预防措施防止故障的发生，是提高齿轮减速器可靠性的重要措施。

3.1.1 按故障发生的界域分类

(1)自身故障:是由减速器在设计、制造、装配过程中自身原因的故障。

(2)外部故障:是由于在使用过程中产生的故障，如:工作环境没达到要求，设备过载等。

3.1.2 按对完成任务的影响分类具体见(表一)

3.2 故障树分析法

3.2.1 故障树的构造

用故障树进行分析时，先要把系统发生故障的事件作为顶事件，把造成顶事件的直接原因排在下边，再根据它们之间的逻辑关系，用逻辑门将顶事件与二次事件连接，然后再将引起第二排的各个事件的直接原因放在第三排。这些原因也是二次事件，把两排二次事件也用逻辑门连起来，一直到不能再分解为止。

3.2.2 齿轮减速器故障树

为了对减速器的失效原因进行系统分析，建立齿轮减速器故障树是十分必要的。把减速器失效形式做为故障树的顶事件，找到影响顶事件的中间事件，通过现场应用与试验的数据汇总统计和概率分析，对产品可靠性进行评价和预测。

(图一)是齿轮减速器故障树，(图1-B)顶事件为润滑失效，(图1-C)顶事件为冲击、振动，它们均含外部故障，均可转入(图1-A)引发各中间事件，导致减速器整机失效。

4 齿轮减速器可靠性评定分析

评定齿轮减速器可靠性的二个重要方法:(1)试验室疲劳寿命试验。(2)工业现场使用数据统计。

4.1 试验室疲劳寿命试验

考核齿轮减速器可靠性的重要方法之一是疲劳寿命试验，在进行齿轮减速器疲劳寿命试验过程中，首先要知道加载试验的方法和数据的处理，只有了解和掌握了这些方法，才能够准确得到试验数据。

4.1.1 试验加载方法:[1]

(1)可以选定性能相同，规格类似的几个试验台进行减速器试验；(2)进行空运转，加载性能试验；(3)各试验减速器要按等差分级加载荷进行疲劳试验。

4.1.2 数据处理:

(1)取应力S(或负载T)为纵坐标，取对数疲劳寿命lgN(对应疲劳寿命N)为纵坐标。

(2)绘S—N曲线的斜线段，选取同一应力S下的几个试件试验寿命Ni，求对数疲劳寿命lgNi的平均值 lgN50。

(3)绘S—N曲线的水平线段，取用升降法试验获得持久疲劳寿命和接近持久疲劳寿命(N≈5×107)损坏的各试件的应力，求其平均值Sr:

式中:Sr—试件完好率n=50%的持久疲劳寿命水平线段的纵坐标，N/mm2

(4)计算斜线段的横坐标值:

δ ---试件标准差。

K ---置信度r=95%的系数。

(5)S--Nn曲线水平线段的纵坐标，(N≥5×107)

(图二)是完好率n=50%的S—N曲线和完好率n＞50%的S—Nn曲线。

4.2 工业现场使用数据统计

齿轮减速器可靠性的另一个重要评定方法是现场使用数据统计法。现场使用数据统计法考核产品时必须要在现场进行。考核的产品允许是同一类型规格不同，试验的数量在6台以上。如果试验的数量超过50台时，可以全部试验，也可以抽取其中的40-50台考核。工业试验要进行4000小时，设备无重大故障，并达到下列标准:(1)齿轮和其它机件没有断裂；(2)齿面剥落面积:渗碳淬火齿轮单齿面≤5%，调质齿轮，一对齿轮总和≤3%。

5 结语

在机械设计中，引入可靠性分析方法对机械产品的设计至关重要。通过对齿轮减速器可靠性分析可以了解到，一台齿轮减速器能否满足设计的使用要求，它的可靠性指标与性能指标都要达到设计要求，如果只满足其中的一项或几项指标，其它的指标不考虑，这是不全面的。如果把可靠性作为齿轮减速器考核的一项指标，对提高齿轮减速器的整体性能是非常有意义的。

参考文献:

[1]陈健元.机械可靠性设计[M].上海:上海交通大学,1988.

[2]ZBJ19005-88,圆柱齿轮减速器加载试验方法[R].