1、 KISSsoft 03/2014 教程 10 圆柱齿轮的寿命分析 KISSsoft AG Rosengartenstrasse 4 8608 Bubikon Switzerland Tel: +41 55 254 20 50 Fax: +41 55 254 20 51 infoKISSsoft.AG www.KISSsoft.AG 24.02.2014 2 / 21 目录 1 任务 3 1.1 任务 3 2 打开程序 . 4 2.1 开启软件 . 4 3 输入数据 . 4 3.1 输入载荷谱 4 3.1.1 数据库 : 载荷谱自定义 . 4 3.1.2 数据库 :从文档中读取数据 . 6 3
2、.1.3 系数 自定义 . 7 3.1.4 输入齿形参数 8 3.2 定义其它参数 8 3.2.1 中心距 . 8 3.2.2 变位系数 . 9 3.2.3 润滑方式 . 12 4 强度计算（附带载荷谱） 12 4.1 根据许用安全系数计算使用寿命 . 12 4.2 根据使用寿命计算安全系数 17 4.3 计算最大允许扭矩 . 17 5 额外计算 . 18 5.1 抗齿面胶合安全系数 . 18 5.2 淬火深度推荐值 21 24.02.2014 3 / 21 1 任务 1.1 任务 按 ISO6336 Method B， 分析斜 齿轮的强度 。在 本例中 ， 载荷谱被使用， 而 安全系数 ，
3、使用寿命和允许的额定功率都 会 被 计算。 下面的数据用来计算斜齿轮副，如下 ： Gear 1 Gear 2 模数 mm 6 6 螺旋角 degrees 5 5 压力角 degrees 20 20 齿数 25 76 齿宽 mm 44 43 材料 18CrNiMo7-6 case-hardened 18CrNiMo7-6 case-hardened 额定转矩 Nm 3360 follows 额定转速 Rpm 440 follows 应用系数 1.25 1.25 使用寿命 h 20000 20000 载荷谱数据如下所示： 频率 % 速度系数 % 扭矩系数 % 10 20 20 20 50 30 4
4、0 80 90 30 100 100 24.02.2014 4 / 21 2 打开程序 2.1 开启软件 一旦 KISSsoft 安装和激活，用户可依次点击“开始 程序 KISSsoft 03-2014 KISSsoft”打开程序。进入用户操作界面后，操作如下图所示： 图 1 KISSsoft 的初始界面 3 输入数据 3.1 输入载荷谱 KISSsoft 提供一系列不同载荷谱选型辅助工况数据的导入。如果载荷谱被 存储在数据库中 ,也可以用作 其他 案例的 计算。相反 ，用户也可 使用“ Own input”选项自行输入载荷谱 ，而该方法 仅适用于当前的计算。 3.1.1 数据库 : 载荷谱自
5、定义 打开数据库工具如图 2 所示并 授权 可以 写 入 数据 (用户必须以 管理员 的身份 运行KISSsoft)。 在数据库中 ，有一系列的选项可供选择， 从列表中 ， 选择“ Load spectra”并 点击“ Edit”来 打开编辑对话框 。 24.02.2014 5 / 21 图 2 打开载荷谱数据库 图 3 创建一个新的数据记录 点击 ，创建一个新的数据记录。如果鼠标停留在已有的数据记录上，现有的数据会被复制到新的数据记录里 。反之 ，则会创建一个新的数据记录。现在输入数据值，在频率、功率、扭矩和速率指定的对话框内对数值进行编辑，同时可 还 以设置 成载荷谱对应的为扭矩 还是传输
6、功率。一旦你完成了整个载荷谱数据的输入，点击“ OK”，然后点击“ Save”，保存该数据记录。然后单击“ Close”按钮关闭数据库工具并返回到 KISSsoft 的初始界面上 ，此时 的载荷谱就可供分析。 24.02.2014 6 / 21 载荷谱的名称 功率、扭矩二选一 添加 、 删除 删除所有 保存载荷谱 图 4 载荷谱的输入 3.1.2 数据库 :从文档中读取数据 用户可以将载荷谱以一个文件的形式保存到数据库当中。为此，需要在文本编辑器中像下面的格式输入载荷谱（没有齿面负载交变弯曲系数、载荷分布系数）并保存，如下所示： 频率 扭矩 /功率 转速 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3
7、 0.5 0.4 0.9 0.8 0.3 1.0 1.0 如果这些 系数对于 每个 负载 元件的计算 都是必要的，那么用户 必须定义载荷谱 如Example_DutyCycleWithFactors.dat 所示。 该文件以后缀名 *.dat 保存， 在这个 案例 中将文件命名为“ Example-Tut-010.dat”保存 （更多信息见图 5），文件也可保存到其他的文件夹当中（更多信息见图 6）。 在 KISSsoft 安装文件夹中用户 会发现一个文件夹名为 C:ProgramsKISSsoft 03-2014extDAT。如果 以 文件扩展名 *.dat 来储存文件，那么 KISSsof
8、t 能够自动找到它 们。在这种情况下 ,只需要 按下图的方式 输入。 图 5 输入载荷谱保存的文件夹名称 如果保存 载荷谱到另一个文件夹 ，则 必须存储整个路径 +文件名在“ File name”一栏里 。如果路径名太长 ， 按照上面的步骤 操作。 24.02.2014 7 / 21 图 6 在全路径下的文件名称 3.1.3 系数 自定义 用户也 可以在 校核一栏里 定义载荷谱 。在这里，还可以对 每个负载元件 定义 载荷谱 （ 交变弯曲 系数及齿向 载荷分布系数 ） 。 在本例中 , 如果需要定义一个载荷谱 ，但是 没有这些 系数 ,那么用户 必须 在 Factors and Rating
9、一栏里 进行 如 下设置 : 图 7 载荷谱的自定义窗口 1 2 4 3 24.02.2014 8 / 21 (1) 载荷谱 的类型 数据库 载荷 谱 (预 定义和用户 生成 )， Own Input)的定义范围的耐力极限的 Woehler 线 /“插入一个载荷谱元素” /“删除一个载荷谱元素” /“删除所有条目” ； (2) 输入 的类型： 例如 ： 与 功率 /扭矩相关 的系数、 绝对值或 着 从文件导入 的值 ； (3) 定义疲劳极限 的 范围 ； (4) 添加载荷谱系数、 删除载荷谱系数 、 删除全部 。 3.1.4 输入齿形参数 在 KISSsoft 主 窗口里 ， 单击 “ Mod
10、ules” 选项 ,然后单击 “ Cylindrical gear pair”， 打开 圆柱齿轮计算 窗口。最后 输入 给定的齿形参数 ： 在“ Basic data”一栏里，数据输入如下所示： 图 8 输入齿形 在“ Rating”一栏里，相关选项如下所示： 图 9 输入负载参数 (1) 参考齿轮； (2) 负载 ： 用户必须输入三个值（速度、扭矩、功率）中的两个 ； (3) 计算方法。 3.2 定义其它参数 3.2.1 中心距 单击中心距输入 框右边的 按钮来 定义中心距。 因为 没有 定义变位 系数 ， 所以总的 变 位系数为零。 点击“ Calculate” ,就会计算出中心距的值。
11、然后点击“ Accept” ，这个值传到“ basic data”一栏里 。 1 3 2 24.02.2014 9 / 21 图 10 已知变位系数之和 (为零 )求中心距 3.2.2 变位系数 推荐用户以“最优滑动比”的优化指标来确定变位系数。为此，点 击 变位系数旁边的 按钮。 图 11 点击选型按钮 24.02.2014 10 / 21 对于 不同的标准 选择不同的变位 系数。在这个例子中 ， ,选择 “最 优滑动比 ” 为 准则 选择变位系数 。 图 12 推荐最优变位系数 图 13 点击计算，查看变位系数和中心距的变化 此前计算的 中心 距是 理论 值，现在重新元整后 为 304.2
12、mm（ 直接覆盖 原先的 值 ） 。为查看变位系数的变化 ,点击 (计算 )。这是一个 微小 的改变 ，不影响 滑动 率。当 执行分析 时 ,KISSsoft 会 为指定的额定负载 计算 安全因素。结果 会显 现在窗口的下半部分。 24.02.2014 11 / 21 图 14 计算出的齿轮副参数 (1) 手动定义中心距 ； (2) 进行计算 ； (3) 对变位系数微小的改变 ； (4) 计算出重合度 ； (5) 计算出额定负载的安全系数 ； (6) 计算出对抗胶合的安全系数 ； 点击 “Graphics“ “Evaluation“ “Specific sliding“，查看滑动率情况。 图
13、15 查看滑动率曲线 1 6 4 5 3 2 24.02.2014 12 / 21 3.2.3 润滑方式 用户 可以 在 “ basic data”窗口里直接 选择润滑类型和润滑剂。点击润滑类型右边的 按钮 来指定润滑的温度 ， 还可在 “Operating backlash“输入 周围 环境温度 的数据。 图 16 定义润滑温度 4 强度计算（附带载荷谱） 4.1 根据许用安全系数计算使用寿命 首先定义寿命周期以小时为计量 单位，将图 16 里面的许 用安全系数考虑到计算过程当中 。不同标准和模数的许用安全系数都是 根据多年的经验积累出来的 ，软件默认的值适用于大部分情况。在模数栏里面已经对
14、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 17 许用安全系数的默认设置 24.02.2014 13 / 21 在 “Required safeties“ 一栏里，用户可以自行输入数值。 为此 ,选择“ Safeties are not depending on size” ， 从 其 下拉列表中 输入 自定义 的参数。 图 18 设置许用安全系数 计算 考虑 载荷谱 时的使用寿命 ,输入载荷谱如 3.1.3 部分 所 描述 的数据 。 图 19 定义载荷谱
15、 24.02.2014 14 / 21 现在设置 完 应用 系数 为 1.00，这是在有 载荷谱 计算时的通常设置 。 (不过 ,这个值可以大于 1.00， 取决于使用哪 些默认设置 )。此外 ,可以 使用不同的修形改变疲劳极限 。按“ F1”来显示在线帮助 以获得更多信息 。然后点击 或按 F5,进行计算。 然后以 200 kW 的功率进行分析， 点击 “Report“ “Service life“ 显示结果。 图 20 显示使用的寿命记录 24.02.2014 15 / 21 Calculation of service life Load spectrum Nominal Power P
16、 200.0000 kW Application factor KA 1.00 Load spectrum : Own Input Number of element in the Load spectrum: 4 Reference gear: 1 i % kW 1/min Nm KV KHb Kgam YM1 YM2 Oil 1 10.00000 8.0000 88.0000 868.1179 1.0083 1.1773 1.0000 1.0000 1.0000 70 2 20.00000 30.0000 220.0000 1302.1768 1.0164 1.1019 1.0000 1.
17、0000 1.0000 70 3 40.00000 144.0000 352.0000 3906.5304 1.0172 1.0500 1.0000 1.0000 1.0000 70 4 30.00000 200.0000 440.0000 4340.5894 1.0209 1.0500 1.0000 1.0000 1.0000 70 Woehler line (S-N curve) at the fatigue stress according: according to standard Notice: Calculation-method according to: - ISO 6336
18、, part 6 During 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 reduction of resistance in the domain of fatigue resistance (from circa
19、107 to 1010 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: 1.400 Required safety flank: 1.000 Results Gear 1 Gear 2 Service life (h) root : 346.753 897.555 Service life (h) fl
20、ank : 5332.171 18469.158 Service life (h) system: 346.753 Element no. Damage(%) 1 0.0000e+000 2 0.0000e+000 3 0.7177 4 99.2823 Safety scuffing (Integral) 3.06 Safety scuffing (Flash) 3.97 (Safety against scuffing/micropitting/EHT is indicated for the weakest element of the load spectrum.) 图 21 根据载荷谱
21、计算得出的报告 在许用 安全因素 范围内计算得出的使用寿命 是 346.753 h。 24.02.2014 16 / 21 系数值 KH将使用选定的计算方法 (在这个例子中 使用 ISO 6336)计算，并转换 到特定的载荷谱元素 中 。 图 22 显示载荷谱的具体参数 . 24.02.2014 17 / 21 4.2 根据使用寿命计算安全系数 当 用户在 “Strength“一栏里设置了使用寿命后，运行 “Calculations with load spectra“ 的同时， 分析 也自动 执 行。 结果显示在“ Results”窗口 里 。 图 23 安全系数显示窗口 4.3 计算最大允
22、许扭矩 同样 ,点击 来 定义最大的 传递功率 。在这种情况下 ,额定转速， 使用寿命和 许用安全系数都需 考虑在内。 图 24 计算最大允许扭矩 24.02.2014 18 / 21 5 额外计算 5.1 抗齿面胶合安全系数 在结果窗口的下部 ， 可以看到齿面胶合安全系数 （ 根据整体温度和瞬时温度来判定 ） 。 图 25 抗齿面胶合安全系数 在 KISSsoft 里 ， 可以显示 瞬时 温度 的曲线 ， 通过 点 击“Graphics“Evaluation“Flash temperature“ ， 见图 25。 现在点击 “Calculation“ “Modifications“ (见图
23、26),软件会执行齿顶修形 (这里优化为 75%额定负载和 50%的制造公差 )并转换被 改变 的 齿形 , 因此 瞬时温度曲线也会 改变 （ 在齿顶部 ） 。 图 26 未修形时的瞬时温度曲线 24.02.2014 19 / 21 图 27 打开“修形”推荐窗口 图 28 信息提示 图 29 输入修形参数 . 如果 在圆柱齿轮主 界面 点击 “Calculation“ (F5)，软件会根据 额定负载 计算抗齿面胶合安全系数，然后用户会发现这些系数比以前更高。比较 图 25 和图 30 的区别 。 24.02.2014 20 / 21 图 30 抗齿面胶合安全系数（瞬时温度、整体温度值） 点击
24、 “Graphics“Evaluation“Flash temperature“，查看瞬时温度曲线，可以发现 曲线 顶 部 瞬时温度下降。 图 31 修行后瞬时温度曲线 24.02.2014 21 / 21 5.2 淬火深度推荐值 为了估算出齿轮表面淬火深度，需要使用剪应力标准等级确定最后接触应力值。点击“ Graphics” -“Evaluation”-“ Hardening depth”来得到整个应力分布的一个情况，如图 3.8 所示。 KISSsoft 建议用户将淬火深度扩大到理论最大剪应力深度值的两倍。如果后面还要加一个磨齿工艺，那么还要将软件建议的深度值加上磨齿所得到的深度值，就得到最终的淬火深度。 图 32 淬火深度曲线
