陶瓷攪拌機鏈傳動的可靠性分析

摘 要 本文運用可靠性設計理論分析了螺旋槳式攪拌機鏈傳動失效的原因，并提出了相應的改進方法。

關鍵詞 攪拌機，鏈傳動，可靠性，改進

1引言

螺旋槳式攪拌機因結構簡單、成本低廉、維修性能好等優點而在陶瓷工業中廣泛使用。其攪拌棒采用套筒滾子鏈傳動，具有傳動效率高、成本低等優點。總體來看，鏈傳動的運行是安全可靠的，基本能滿足生產的需要，但也有少數因發生疲勞破壞而失效的例子。除了一些使用和維護不當的因素之外，設計方面是否存在欠缺也是一個不容忽視和值得探討的問題。本文利用可靠性設計理論對螺旋槳式攪拌機鏈傳動進行了分析，找出了鏈傳動失效的原因，并提出了相應的改進方法。

2可靠性設計的基本理論

承受交變載荷作用的機械零件的失效多屬疲勞破壞。常規的疲勞強度計算是將外載荷、零件的幾何尺寸、材料的強度性能等當作固定不變的值來處理。因此也就不能解答機械零部件在運行過程中的失效概率問題。事實上，很多零部件由于受材質、制造加工、測量、試驗等諸多因素的影響，以上參數的值有時會與實際情況不相吻合。可靠性設計彌補了這一缺陷，它將這些參數，作為屬于某種分布的隨機變量來處理；在應用概率統計及強度計算的理論進行分析計算后，給出機械零件在一定設計條件下的失效概率，從而得到產品的可靠度^[1]，使人們對產品質量的把握更為準確。

鏈傳動的主要失效有鏈板的疲勞破壞和滾子套筒間的沖擊疲勞破壞。鏈傳動的可靠性設計準則為：鏈傳遞極限功率的概率應大于或等于鏈實際傳遞功率的概率，即：

從(2)式可知，若要計算鏈傳動的可靠度，必須知道鏈傳動狀態變量的聯合分布概率密度。研究表明，鏈傳動的失效大多是由各種綜合因素造成的，因此，欲知其傳遞功率的概率分布是很困難的。在無試驗數據說明確切的分布或無統計資料時，假設鏈傳動的均值功率服從正態分布模型，且計算出來的可靠度是偏于安全的，即：

3鏈傳動的可靠性實例分析

以某型號的螺旋槳式攪拌機的鏈傳動為研究對象，其結構如圖1所示。鏈傳遞的功率P=6.0kW，小鏈輪轉速n₁=750r/min，小鏈輪齒數z₁=19，傳動比i=2.8，鏈的型號為12B-120，節距為19.05mm的鏈條。現用可靠性設計理論分析該鏈傳動的可靠度。

3.1 鏈傳遞的極限功率均值

在標準試驗條件下單列套筒滾子鏈允許傳遞的功率為：

式中：

n₁ —— 小鏈輪轉速，r/min

z₁ —— 小鏈輪齒數

p —— 鏈條節距，mm

極限功率均值為：

P₁ =k_Y k_H k_T k_H PO （6）

式中：

k_Y —— 潤滑條件系數

k_H —— 工作環境系數

k_T —— 張緊狀態系數

k_H —— 壽命系數

k_Y、k_H、k_T的取值參照表1。

k_H的取值原則為：當設計壽命為標準值15000h時， k_H=1；當設計壽命小于標準值，可按有限壽命設計方法計算，詳情可參考文獻^[2]。

根據鏈傳動的實際使用條件，取k_Y=0.90，k_H=0.92， k_T=0.95，k_H=1

從表面上看，鏈傳動的可靠度較高，失效概率較低，但與可靠性設計中規定的一般零件可靠度大于0.99相比，還有一定的差距，由此可見發生失效并非偶然。

3.4 提高攪拌機鏈傳動可靠度的途徑

為避免攪拌機鏈傳動失效，在新產品設計時應充分考慮零件的可靠性，應用可靠設計理論進行設計。可采取增大小鏈輪齒數或增大鏈的節距等措施來提高傳動的可靠性。由于工藝要求和安裝尺寸等條件的限制，改進措施應以對原設計修改最少、取得的效果最佳為原則。綜合考慮，保持傳動的中心距、傳動比、鏈節距，僅增大小鏈輪齒數的方案最為簡便有效。

此外，對于舊設備需從日常維護、保養入手，如正確選擇潤滑油牌號，采取恰當的潤滑方式，減小磨損；做好清潔工作，防止粉塵污染；合理調節中心距，采用合適的張緊方式，使鏈受力均勻；啟動、停止平穩，防止振動沖擊；物料投放均勻，避免過載等，這些都可對鏈傳動的可靠度的提高起到一定的積極作用。

4結論

常規設計采用安全系數法，有一定的局限性。其一，它受設計者經驗的局限，取值往往不夠準確；其二，它未能考慮各種設計參數受到復雜因素的影響而表現出來的變化性和隨機性。而可靠性設計，由于考慮了載荷、零件尺寸和材料強度性能數據的分散性，將它們看作具有某種概率分布的統計量，比常規的強度設計方法更接近實際。通過概率理論計算將機械零件的質量定量化，就能將零件在指定的運行時間內的失效概率限制在預先給定的一個較小的范圍內，為產品的定期批量檢修提供必要的依據。本文利用可靠性設計的理論對螺旋槳式攪拌機鏈傳動的可靠性進行了分析計算，由結果可看出：對于新設計的設備，只需增加少量小鏈輪齒，就可以使傳動滿足可靠性要求；對于舊設備，則需從平常的維護保養入手，提高鏈傳動的可靠性。

參考文獻

1 濮良貴.機械設計[M].北京：機械工業出版社，1997

2 王 啟.機械零部件的可靠性設計[M].北京：機械工業出版社，1996 Analysis of Chain Transmission Reliability of Propeller MixerShuFuhua(College of Mechanical and Electrical EngineeringWuhan University of TechnologyWuhanHubei 430070)

Abstract：The reason that propeller mixer chain lost efficacy was analyzed by the reliability design theory，and some advices were given in this paper.

Keywords：mixer，chain transmission，reliability，improvement