我国工程机械关键零部件制造业发展现状和分析精选课件.ppt
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1、我国工程机械关键零部件制造业我国工程机械关键零部件制造业发展现状与分析发展现状与分析方世杰方世杰机械工程学院机械工程学院20192019年年3 3月月2727日日内容目录内容目录一、我国机械制造业一、我国机械制造业发展发展现状现状二、关键零部件制造业发展现状与分析二、关键零部件制造业发展现状与分析三、齿轮三、齿轮制造制造技术技术发展现状发展现状与分析与分析四、四、未来未来齿轮技术发展路线齿轮技术发展路线一、我国一、我国机械机械制造业制造业发展发展现状现状 机械制造业指:从事各种动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。
2、机械制造业为整个国民经济提供技术装备,其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。机械制造业金字塔分布图机械制造业金字塔分布图目前我国机械制造业的规模和总量都已经进入世界前列,成为全球制造大国,但是发展模式仍比较粗放,技术创新能力薄弱,“中国制造”主要是劳动密集型的加工和组装、贴牌生产,产品附加值低、利润低。总体上大而不强总体上大而不强 在消化、呼吸国际上先进制造技术的基础上,作为制造业大国,进一步的发展面临能源、资源和制造成本等诸多压力。我国制造业发展我国制造业发展更主要面临更主要面临“八大技术问题八大技术问题”1、复杂系统的创意、建模、优化设计技术;2、关键零部件关键零部件制造制造技术技术;
3、(讲述内容);(讲述内容)3、大型结构件成形技术;4、高速精密加工技术;5、微纳器件与系统;6、智能制造装备;7、智能化集成化传动技术;8、数字化工厂。专家指出,这些技术问题的突破将提升我国制造业的国际竞争力。二、二、关键零部件关键零部件制造制造技术发展现状与分析技术发展现状与分析 (八大技术问题八大技术问题之一之一)我国工程机械产品中,零部件大致占到了整机成本的30%,绝大部分关键零部件都需要从国外进口,零部件依赖进口大部分利润拱手让于外商。这导致国内工程机械整机生产企业生产成本高,缺乏国际竞争力,特别是一些精密机械产品,零部件进口价格昂贵,70%的利润都被外资企业“吃”掉了。2009年,累
4、计进口总额(51.48亿美元)中零部件耗资排在首位,共计18.35亿美元,占比高达36%。2019年上半年,我国工程机械零部件进出口总额44.88亿美元,其中进口额21.28亿美元。与国外先进产品相比,国产工程机械关键零部件,无论在技术性能,还是在质量可靠性指标上,总体上要相差15年左右。寿命一般为进口件的1213,产品品种仅为国外的15。中国工程机械行业零部件制造产业陷入了低端竞争、高端缺失的怪圈。如果能够实现关键零部件的国产化,那么整机成本将会大幅下降。中国工程机械行业中国工程机械行业关键关键零部件制造技术落零部件制造技术落后问题后问题,已经引起国家高度重视已经引起国家高度重视。关键零部件
5、:发动机零部件,精密机械传动、液压传动零部件,控制元件、密封件,各种主机的附件及执行机构零部件等。2009年5月12日,国务院颁布装备制造业调整和振兴规划,将基础配套零部件产品的发展放在了十分重要的位置,将基础配套水平提高作为规划目标之一;2019年10月11日,工业和信息化部印发了机械基础零部件产业振兴实施方案,明确提出,要加快突破关键零部件发展瓶颈步伐;2019年7月31日,中国工程机械行业十二五发展规划 发布。将提高关键零部件的技术水平和制造水平放到了首位。即“十二五”期间,中国工程机械行业将重点解决关键零部件制造技术落后的问题。三、三、齿轮齿轮制造制造技术技术发展现状发展现状与分析与分
6、析(例)(例)齿轮啮合图齿轮啮合图变速箱变速箱双离合变速箱双离合变速箱冶金齿轮箱冶金齿轮箱“十一五”期间,我国齿轮产业在汽车、风电、高铁、工程机械等产业快速发展的拉动下得到了迅速发展,齿轮产品的产销规模已经达到1600亿元。齿轮行业已成为中国机械基础件中规模最大的行业之一,我国已经成为名副其实的世界齿轮制造大国,但离制造强国还有很大差距。目前,我国齿轮产品正经历从中低端向高端的转变,少数高端产品已达到同际先进水平。但我国齿轮产品还不能满足重点工程装备的配套要求,高端产品仍受制于人,汽车自动变速器、高铁驱动单元、大型能源装备齿轮传动装置等高端产品大量依赖进口,进出口逆差仍在逐年加大。出不来了出不
7、来了同世界发达国家相比,我国齿轮产品设计同世界发达国家相比,我国齿轮产品设计制造主要存在以下问题制造主要存在以下问题:1 1、基础研究和基础数据缺乏基础研究和基础数据缺乏 缺乏对齿轮相关的基础试验研究,缺乏新齿形研究、加工工艺研究等基础研究,使得产品设计和制造缺少数据支撑。另外,专业软件开发和应用滞后,多学科综合设计技术和手段落后。2 2、齿轮材料品质较低、齿轮材料品质较低 齿轮材料与发达国家差距较大,主要表现在钢材均匀性低,非金属夹杂物较高;钢材淬透性波动大,高温高性能钢、低温抗冲击钢、快速渗氮钢、高性能工程塑料等缺乏。3 3、齿轮热处理工艺水平不高齿轮热处理工艺水平不高 渗碳淬火变形大;感
8、应淬火易出现齿根开裂;渗氮存在效率低、层深浅的问题,缺乏有效的工艺过程控制方法。4 4、高级工艺装备差距明显高级工艺装备差距明显 硬质合金刀具与发达国家差距大,高效滚齿刀具、高级刀具及磨齿用高档砂轮几乎全部进口;高效制齿机床、高档数控成形磨齿机等仍基本依赖进口,大型和小型齿轮测量仪以及在位快速测量机仍是空白;大模数锥齿轮加工设备等核心装备国外完全技术封锁,仍受制于人。5 5、齿轮产品生产效率低齿轮产品生产效率低 质量稳定性差质量稳定性差 尽管我国进口了不少高档齿轮制造装备,但由于刀具和装备使用、制造工艺参数选择、生产管理等方面的差距,造成产品的质量稳定性差,生产效率低,能耗高。6 6、检测检测
9、和和评价服务能力亟待提高评价服务能力亟待提高 国家齿轮产品质量监督检验中心的检测服务能力不足,行业不能积累设计数据,直接影响齿轮行业整体设计水平和创新能力的提高。7 7、标准化工作亟待加强标准化工作亟待加强 我国大多数齿轮标准从国外标准转化而来,基础数据缺乏验证,一些关键数据与国内技术水平不相适应,不能满足产业发展的需要。由于以上差距明显,造成我国齿轮产品效率、可靠性低,振动噪声大,汽车自动变速器等高端齿轮产品依赖进口,一些军用装备的传动装置遭到国外技术封锁。齿轮基础理论、基础技术研究是齿轮产品研发和创新的基础。齿轮齿廓曲线齿轮齿廓曲线(齿形齿形)的)的研究研究面临挑战面临挑战 随着齿轮传动向
10、高效率、低噪声等方向的不断发展,齿轮的齿廓在很大程度上决定了传动的性能。因此,迫切需要研究开发齿轮新齿形和新传动方式,具有重要的理论意义和工程实用价值。选择齿轮的齿廓曲线应满足以下基本要求选择齿轮的齿廓曲线应满足以下基本要求:1、齿廓曲线方程式简单;2、可以实现要求的传动比;3、安装方便;4、承载稳定性好;5、具有良好的互换性;6、加工制造容易;7、冲击振动较小;8、润滑条件较好。为什么为什么渐开线齿形一直处于主导地位渐开线齿形一直处于主导地位?渐开线的形成渐开线的形成 当直线沿一圆周作相当直线沿一圆周作相切纯滚动时,直线上任一切纯滚动时,直线上任一点在与该圆固联的平面上点在与该圆固联的平面上
11、的轨迹的轨迹AKAK,称为该圆的渐,称为该圆的渐开线。开线。AK渐开线渐开线B发生线发生线渐开线渐开线AK的的展角展角kO基圆基圆rbiiiibirrtancos渐开线的极坐标方程:渐开线渐开线齿廓曲线方程式简单齿廓曲线方程式简单渐开线齿轮渐开线齿轮齿廓齿廓啮合简图啮合简图12122112rrPOPOiPOPO1221 齿廓啮合基本定律:12122112bbrrPoPoi可以实现可以实现定定传动比传动比o1o2N1P21N2a2o2aN1N2p 基圆半径不变,其传基圆半径不变,其传动比不变。动比不变。有利于加工、安装和使用有利于加工、安装和使用(中心距具有可分性)中心距具有可分性)齿廓之间的正
12、压力方向不变齿廓之间的正压力方向不变N N1 1N N2 2线是两齿廓在啮合点线是两齿廓在啮合点的公法线,同时也是两的公法线,同时也是两齿廓间力的作用线。齿廓间力的作用线。承载稳定性好承载稳定性好渐开线齿轮啮合点轨迹图渐开线齿轮啮合点轨迹图接触点的轨迹是直线接触点的轨迹是直线啮合线。啮合线。作用力的方向始作用力的方向始终沿啮合线方向不变。终沿啮合线方向不变。具有良好的互换性具有良好的互换性2211bbpBBp2211coscosmmmmm2121B1N2N1B2o1o2(b)欲使两齿轮正确啮合,两轮的法向齿距必须相等。欲使两齿轮正确啮合,两轮的法向齿距必须相等。一对渐开线齿轮,只要它们分度圆上
13、的一对渐开线齿轮,只要它们分度圆上的模数和压力角分别相等,就能正确啮合。模数和压力角分别相等,就能正确啮合。渐开线齿形一直处于主导地位,因为有以下主要优点:1、可以实现定传动比;2、渐开线方程式简单;3、安装方便(中心距具有可分性);4、具有良好的互换性;5、具有很好的传动性能(力作用线方向 不变);6、而且便于制造(仿形法、展成法)。主要缺点:1、齿面之间的滑动摩擦较大,两个凸面相接触,接触的单位压力大,因此齿面较易磨损;2、标准渐开线齿轮的设计齿数不能太少,因为受到根切的限制。理论上,满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多,但工程上只有极少数几种曲线可作为齿廓曲线。主要有摆线(多要用于钟表)和变态
14、摆线(摆线针轮减速器等),圆弧和抛物线等。渐开线齿廓的提出已有近三百多年的历史1694年 法国学者Philippe De La Hire首先提出 渐开线可作为齿形曲线;1733年 法国数学家M.Camus(卡米)发表了齿 廓啮合基本定律;1765年 瑞士数学家LEuler(欧拉)提出渐开 线齿形解析研究的数学基础;1899年 开始实施了变位齿轮的方案;19世纪末出现的滚齿机和插齿机,解决了大量生 产高精度齿轮的问题。圆弧齿轮的发展引起广泛关注1907年 英国科学家最早发表了圆弧齿形;1923年 美国科学家最先提出圆弧齿廓的齿轮;1955年 苏联的MLNovikov(诺维科夫)完成了圆弧齿形齿轮
15、实用研究并获得 列宁勋章;1970年 英国两位科学家取得了双圆弧齿轮的 美国专利。单圆弧齿形齿轮圆弧齿轮一经提出,就引起了世界各国的重视。前苏联、英、美、德、日等国家都先后进行了圆弧齿轮的研究和试验工作。我国于 1958年对圆弧齿轮开始研究,几十年来许多高校、研究机构及工厂对圆弧齿轮进行了大量的理论和试验研究工作。单圆弧齿轮传动的主要特点:1、综合曲率半径比渐开线齿轮传动大很 多,接触强度比渐开线提高1.52 倍;2、两轮齿沿啮合线方向的滚动速度很大 ,齿面间易于形成油膜,传动效率较 高,一般可达0.990.995;3、圆弧齿轮沿齿高方向磨损均匀,且容 易跑合;4、圆弧齿轮无根切现象,故最小齿
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