KISSsoft软件教程:圆柱齿轮的寿命分析1.任务1.1任务我们将基于ISO6336 MethodB这个计算法则分析斜齿轮副的载荷分布和大小,载荷副(交变载荷作用在齿轮上最大载荷和最小载荷之间的循环和随机受力的一个过程)将应用于该教材的例子当中,并且还将涉及到安全系数、寿命周期和许用功率等级,我们将一一进行计算。
2.激活这个项目组开启整个程序,整个过程已经在前面讲解过。
3.输入基本参数3.1输入载荷谱KISSsoft软件将提供给你很多选项去输入载荷谱。
如果在数据库里面选取该参数,那么数据是公用的,可以应用到其他的计算过程中。
如果你是通过“own input ”按钮输入载荷谱,那么该数据将不会在系统中保留。
3.1.1数据库:直接点击进入按照图1.1参数进行重定义,点击click图1.1 激活载荷谱的数据库数据内容进行编辑点击进入载荷谱的界面如图1.2所示,我们可以点击“+”按钮,如果鼠标正好停在其中的一个属性选项上,那么就会复制该属性的内容,你需要在原有的位置把数据更改。
如果没有停在属性选项上面,那么将会产生一个空白的属性框让你在上面填写。
现在可以开始输入属性值。
如图1.3所示,在频率、功率、扭矩和速率指定的对话框内对数值进行编辑,你可以设置载荷谱对应的是扭矩力还是传输功率。
一旦你完成了整个光谱属性的设置,那么接下来你需要将它保存到这个数据库中以便以后再用。
最后关闭数据库回到初始主界面,载荷谱就可以在系统以后的分析当中考虑进去。
3.12 数据库:从文件当中读取数据你可以将载荷谱的属性设置成一个.DAT文件保存到数据库当中。
要完成这个任务需要以下面的格式在文本编辑器中输入并保存,如下所示:频率扭矩/功率速度0.1 0.2 0.20.2 0.3 0.50.4 0.9 0.80.3 1.0 1.0该文件最好以后缀名*.dat(在这个例题中将文件命名为“Example-Tut-010.dat”保存,由于是保存到缺省路径(C:\Program Files\KISSsoft 08-2009\ext\DAT),再打开时就省略了前面的路径名,如图1.4所示,系统在下一次打开时就可以自动的帮你找到这个文件。
如果有特殊需要你还可以将该文件保存到其他的文件夹当中,由于路径发生改变,那么在File name里面会出现整个路径加上文件名称,如图1.5所示。
如果整个路径名称过于冗长,那么请按照上面所说的方式先编辑文本后放到路径当中,一般点击层层寻找路径就可以。
图1.4 将文件名保存到默认的载荷谱文件夹当中图1.5 输入路径加上文件名找到该文件3.13 输入自己的标准图1.6 根据特殊要求自己输入数据由图1.6所示操作,首先点击添加按钮,然后再在载荷谱类型里面点击Own input 自己定义属性,输入频率、扭矩因子和速率因子数值,总共四行,点击OK ,就会得到图中标处4上面的数据。
3.2 输入齿轮几何和载荷的基本数据按照图1.7所示,在模块树界面里面激活“圆柱齿轮副[Z012]”行,然后按照要求输入齿形几何和载荷的基本数据。
图1.7 输入齿轮成形基本的几何和载荷参数载荷一栏里面定义的步骤:1342 1321)在基准齿轮里面选择:齿轮12)功率、扭矩和速率里面三种选择二种。
3)选择计算方法,在下拉菜单中选择。
3.2对参数进一步定义3.3.1中心距点击中心距按钮输入框的计算按钮对中心距进行设置。
因为大小齿轮的变位系数x1和x2都没有定义,那么总的变位系数就是零。
那么在图1.8所示的界面里我们输入x1和x2的数值,设定为高度?变为齿轮传动(x1+x2=0,且x1和x2不为0),点击计算并且接受,最终变位系数和计算出的中心距就会在大界面显示出来。
图1.8 通过变位系数来定义中心距3.3.2 定义变位系数为了定义满足要求的单位?稳定滑动比,你就需要在变位系数上进行编辑。
操作如图1.9所示。
图1.9 点击计算按钮你可以看到有很多跟变位系数相关的属性选项供你参考。
在这个例案中,我们需要对“最优滑动比”进行定义来确定变位系数,如图2.0所示。
图2.0 计算变位系数图2.1 计算结束后主界面上中心距和变位系数的变化那么得到的中心距是一个理论数值。
我们初步确定它为304.2mm (你可以将方框里面的数值修正一下)。
然后再点击,我们可以看到数据有了稍微细小的变化,但是并没有影响到滑动比的数值。
当你运行了整个分析过程之后,系统将会对额定载荷的安全系数做一个定义和取值。
在图下方的Result 里面有一个说明,请看图2.2所示。
数值相关联的图2.2 定义过中心距、变位系数和在Result 里面得到的额定载荷你可以通过我们系统得到的图表分析形象地观察到“齿轮转动角度”和“滑动比”之间的变化,步骤为“Graphics ”—“Evalution ”---“Specific sliding ”,如图2.3所示。
图 2.3 得到滑动比和齿轮转动角度统计图表计算出的重合度计算出的额定载荷安全系数抗磨损安全系数数值有一些细小的变动手动的更改中心距下一页有关于该表格的解释那么接下来对统计图表进行一个解释,图2-3得到的图形是表示当一对齿轮啮合传动时,只有在节点C 处具有相同的速度,而当齿轮在啮合状态条件下顺时针或逆时针转动0°到15°时,两齿廓之间啮合点的速度是不同的,因而在齿廓之间就必存在相对滑动。
在干摩擦和润滑不良的情况下,滑动比会引起齿面磨损。
越靠近齿根部分,轮廓的相对滑动越严重,尤其是小齿轮更为严重。
为减轻磨损和齿面接触应力,在齿轮传动设计时,应设法远离压力角为20°时的两个极限啮合点,而在15°左右的两个啮合点形成的啮合线是实际的啮合线最大范围,也就是我们图上所说转动范围-15°到15°,一对渐开线齿轮啮合的示意图如下所示:齿轮啮合示意图3.3.3 对润滑进行设置你可以在基本界面上对润滑的形式和润滑剂进行选择。
如果需要对润滑剂的温度进行设置,那么你需要在润滑一栏的最右边点击,如图2.4所示;你可以对影响润滑油的周围环境温度进行设置,点击运转侧隙一栏,如图2.5所示。
图2.4 关于润滑的细节设置在齿轮正或反转15°时B1和B2啮合终点理论极限啮合点N1和N2为20°压力角的点,一般实际啮合点应远离它们图2.5 影响润滑剂温度的外部因素4. 载荷谱的受力分析4.1 通过许用安全系数得到齿轮寿命周期首先定义寿命周期以小时为计算单位,将图2.6里面的许用安全系数考虑到计算过程当中。
不同标准和模块的许用安全系数都是由软件根据多年的经验积累出来的,适用于大部分情况。
在模块栏里面已经对许用安全系数进行默认的设置,并且根据DIN 、ISO 和AGMA 三种不同标准分类,从细节方面对金属和塑料两大块分别单独定义,以最详细的系统分析功能达到用户最精确化的要求。
图2.6 对许用安全系数预定义界面,都为默认值设置如果你想根据自己的特殊情况不根据齿轮的大小来(模数)来定义,那么你需要将红圈里面的选项“safety depending on size ”改为“safety depending not on size ”,就可以了,如图2.7所示。
齿轮1自身温度T F1 齿轮2自身温度T F2 外壳自身温度Tc 大气等参考温度Tref图 2.7 不根据齿轮大小而设置安全系数现在你就可以点击功率数值填充栏后面的对寿命系数进行计算。
图2.8 采用own input 方式对载荷谱系数设置之后不同频率下的载荷值特别说明:在计算载荷谱时,你需要将应用系数调到1.0,这是一个通用的设置,只要应用载荷谱计算。
但是根据原动机和工作载荷的需要你也可以将应用系数调高,或者1.25被默认使用的情况下也可以。
同时你还可以对抗疲劳极限的范围进行设置(一般情况下跟材料的S-N 曲线有关)。
将功率调到200KW ,点击“Report ”---“Service life ”,如图2.9所示,系统出现一份详细的关于系统得到的许用寿命周期的报告,如下所示:选择跟计算相关的疲劳极限S-N 图按照题目要求得到的整个载荷谱的分布情况从数据库中导 入标准载荷谱的分布,案例中是根据实际要求自己输入点击计算,得到系统的最小许用寿命周期下拉菜单中选取Calculation of service lifeLoad spectrumNominal Power [P] 200.0000 kWApplication factor [KA] 1.00Load spectrum :Number of element in the Load spectrum: 4Reference gear: 1Element Frequency (%) Power (kW) Nominal Speed (rpm) Torque (Nm)1 10.00000 8.00 88.00 868.122 20.00000 30.00 220.00 1302.183 40.00000 144.00 352.00 3906.534 30.00000 200.00 440.00 4340.59Woehler line (S-N curve) at the fatigue stress according: MinerNotice:Calculation-method according to:- ISO 6336, part 6During the calculation al the load-coefficients (ISO6336: KV, KHb, KFb; AGMA2001: Knu, Km, ..)for each load spectrum element are calculated separately.Notice:Calculation with methods ISO6336 and AGMA 2001 results in a reductionof resistance in the domain of fatigue resistance(from circa 10^7 to 10^10 cycles with a reduction of circa 15 %).The lifetime calculation takes this into account(also with the S-N curve (Woehler Curve) of the Miner type).Required safety root: 1.400Required safety flank: 1.000ResultsGear 1 Gear 2Service life (h) root : 347.770 897.256Service life (h) flank : 5390.702 18482.148Service life (h) system: 347.770Element no. Damage(%)1 0.0000e+0002 0.0000e+0003 0.70714 99.2929Safety scuffing (I.): 3.06Safety scuffing (B.): 3.98(Safety against scuffing is indicated for the weakest element of the load spectrum.)End report lines: 65关于整个筛选取值的过程都在文件Z18-H1.tmp里面有显示,比如计算过程需要的过渡值KHβ就在文件中能看到。