内燃机车牵引主动齿轮断裂失效原因分析

内燃机车牵引主动齿轮在线运行中发生早期断裂.失效分析结果表明,牵引主动齿轮在运行中存在偏载造成局部过载、齿根存在较大装配残余拉应力,以及齿根表面存在过深的内氧化层,共同造成牵引主动齿轮疲劳折断.     

弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响;基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析,重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明：模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下,调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面：当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时,齿根处应力值最大,辐板正面应力值最小;随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化,从动轮辐板正面应力变化较小,辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中,需重点针对三四节径行波共振进行处理。     

螺旋环阻尼器在航空发动机锥齿轮减振中的应用

针对某型航空发动机中央传动从动锥齿轮振动应力超出齿轮许用应力的问题，介绍了一种应用于锥齿轮的螺旋环摩擦阻尼器。在齿轮轮缘内侧开一个凹槽，将螺旋阻尼环旋入凹槽中；工作时，齿轮轮缘和螺旋阻尼环因周向变形不协调而产生相互摩擦，从而消耗振动能量。将这种阻尼器应用于某型航空发动机锥齿轮减振方案中，试验结果表明，螺旋环阻尼器能够有效降低锥齿轮的振动应力水平；阻尼器安装前后该型锥齿轮的4节径1阶后行波共振应力降幅比高达70.7%,3节径1阶前行波共振应力降幅比为53.4%，减振后的齿轮振动应力水平低于齿轮的许用应力。此外，该型阻尼器还具有安装拆卸方便、附加不平衡量小等优点，在航空发动机齿轮减振中具有广阔的应用前景。     

轴线平行度误差对齿根变形弯曲应力的影响研究

为了研究轴线倾斜造成的装配平行度误差对齿轮啮合过程齿根弯曲变形的影响,设计并搭建了一套齿轮轴线可调节的齿轮箱实验台和完整的应变采集分析系统,并进行实验验证。基于调心滚子轴承内外圈的允许偏差,建立不同轴线偏移程度的齿轮组接触有限元模型,并进行动态仿真分析,获得啮合过程中的齿根应变应力分布曲线;通过对实验所需的不同轴线的调节方式的设计,对比了调节前后两轴角度的偏差实际值与理论值,验证了调节装置的可行性;最后,通过应变片采集卡等组成的应变采集系统,测试了不同轴线平行度误差下的齿根应变值,得到了相应的啮合应变应力分布曲线,并与仿真得到的啮合应变应力曲线进行对比,得出轴线平行度误差对齿根危险截面处弯曲变形应力的影响。     

考虑温度场作用的航空锥齿轮的模态分析

在高速重载工况下,航空锥齿轮的齿面温度会大幅度提高.因此,在设计初期有必要考虑温度场作用下的模态情况.根据传统的线性模态理论,考虑转速和温度场对于刚度的影响,建立了航空锥齿轮的模态分析模型;根据该模型,对某一航空锥齿轮的从动齿轮进行了模态分析.由分析结果可知,转速对齿轮刚度会产生较大的影响且其影响不一定为负影响,而温度场分布的不均匀亦会影响模态分析的结果;转速和温度场主要影响的振型为节径型振型.     

抽油机井油管接头弹塑性接触有限元分析

对油管接头进行弹塑性接触有限元分析，给出其应力分布规律，找出应力集中区即螺纹尾部第一啮合齿根；讨论各种载荷及锥度偏差对应力分布的影响，得出拉伸载荷对油管应力应变场的影响很大；油管极大锥度、接箍极小锥度使油管接头螺纹尾部第一啮合齿根应力集中区进一步扩大，而油管极小锥度、接箍极大锥度则会造成油管在端部附近断裂或粘扣，这两种情况都比较危险，因此在使用中应尽量限制锥度偏差。同时也对公称锥度的油管接头进行在循环载荷作用下的有限元分析，确定油管的疲劳失效类型属于高周疲劳。     

从动螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形模具应力分析

针对双锥辊辗压机辗压螺旋锥齿轮成形过程中,下模型腔易因应力集中而严重影响使用寿命的问题,利用非线性有限元分析软件DEFORM-3D,对从动螺旋锥齿轮双锥辊辗压成形过程进行数值模拟。采用点追踪的方法对型腔齿根应力进行分析,计算并分析了下模型腔齿根各段不均衡应力的分布规律,预测出型腔齿根中段容易发生塑性变形和破裂。最后,根据仿真和计算结果,研制出一套模具,并用其辗压出符合标准的齿轮,进一步验证了分析结果的准确性和可靠性。     

基于某车轴齿轮箱弧齿锥齿轮疲劳寿命技术研究

本文研究了车轴齿轮箱中弧齿锥齿轮的疲劳寿命,在既定的载荷工况下,采用弧齿锥齿轮设计计算方法,通过Masta软件和有限元方法对其轮齿应力进行仿真分析,对弧齿锥齿轮轮齿的齿面和齿根进行优化分析,很大程度上提高了轮齿齿面接触应力,同时,齿轮的弯曲应力下降了大约8%左右。通过对弧齿锥齿轮轮齿的修形,有效降低了齿轮的局部应力大小,均化了齿面应力,提高了齿面承载能力,从而为解决弧齿锥齿轮的寿命问题提供了合理的依据。     

基于应力释放提高齿轮弯曲强度方法的研究

齿轮齿根圆角部位的应力集中是影响齿轮弯曲疲劳的重要因素,为了提高齿轮的弯曲疲劳强度,在齿面开应力释放圆孔使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力。采用二维有限元计算圆孔的半径及最佳位置,通过三维有限元模型进行验证及接触应力计算,并进行弯曲疲劳极限分析。结果表明:对于选定参数的齿轮,齿面开圆孔可以使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力,大大提高齿轮的弯曲疲劳寿命并减小齿轮质量;但应力的减小与开孔的位置及圆孔的大小有很大关系,存在最佳的圆孔大小和圆孔位置;齿轮参数不同也会引起最佳圆孔位置和大小的改变,并且齿根应力的微量减少都会使弯曲疲劳寿命大幅度提高。     

电动车减速器齿轮失效分析

本文采用宏、微观检验和硬度检测的分析方法,对国产某电动车减速器在台架试验中输入轴发生齿轮断裂进行原因分析,并且与国外生产的同产品输入轴齿轮进行比较。结果表面,国产输入轴齿轮发生断裂为疲劳断裂,产生疲劳断裂的主要原因是由于国产输入轴齿轮齿根位置加工较为粗糙,在齿根位置存在较大的应力集中,而电动车制动能量回收工况对齿根的反复冲击加剧了断齿发生概率,同时齿根位置的大量黑色组织使得齿根位置硬度明显偏低,降低了齿轮的疲劳寿命。     

ZL50装载机螺旋锥齿轮断齿原因分析及优化

20CrMnTi合金渗碳钢作为ZL50装载机驱动桥螺旋锥齿轮的主要材料,通过考察螺旋锥齿轮的设计参数、产品技术要求、热处理工艺以及1000 h的满负荷试验,分析螺旋锥齿轮断齿原因和明确了齿轮断齿因素。结果表明:齿轮氧含量超标、心部硬度和有效硬化层深度偏低是螺旋锥齿轮断齿的主要因素;增大齿轮齿根圆角半径和轮齿压力角,可提高齿轮齿根弯曲强度;齿轮表面采用强力喷丸处理可增加齿轮表面的接触应力,从而进一步提高齿轮的使用寿命。     

基于温度场的螺旋锥齿轮啮合热特性分析

根据螺旋锥齿轮啮合方程,采用“自底向上”的实体建模方法和八节点六面体等参元,建立其三齿的有限元分析3D模型;采用热传导理论,求解了螺旋锥齿轮本体稳态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了啮合过程热应力和热变形。实例分析结果表明,螺旋锥齿轮副多齿啮合时其中一个齿的啮合中心稳态温度较高,热应力最大处在齿根部位,靠近啮合中心的齿顶部位的热变形最大;由于结构、材料特性等多因素影响,最大热应力和热变形部位不与最高温度点重合。这些为螺旋锥齿轮的设计制造和使用提供了一定依据。     

主减速器齿轮早期磨损原因分析与改进

从磨料磨损、黏着磨损、主、被动锥齿轮啮合间隙不统一、主动锥齿轮与主齿轴承座连接结构不合理、主、被动齿轮齿面硬度不均匀、差速器轴承预紧力的影响等方面分析主减速器齿轮早期异常磨损原因,通过加强装配控制、改进结构和工艺等措施,有效延长了主减速器的寿命。     

基于多目标遗传算法的弧齿锥齿轮多学科优化设计

针对常规设计中弧齿锥齿轮存在的问题,将多学科优化设计引入到弧齿锥齿轮设计中,改善其不足。以大小弧齿锥齿轮体积之和最小、弧齿锥齿轮齿根弯曲应力最小以及工作噪音最小三个方面为目标函数,以齿数、齿宽中点螺旋角、齿宽和大端模数为设计变量,考虑齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、环境保护等8个方面约束,建立弧齿锥齿轮的多学科优化设计数学模型。根据该数学模型,运用多目标遗传算法对文中的实例优化求解,计算结果表明该设计方法是合理的,行之有效的。     

基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动特性

为了分析基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动放大特性,针对高转速瞬态工况下斜齿轮齿面啮合-脱啮-齿背接触的齿面实际承载接触状态,建立了同时考虑啮合时间与齿面振动位移耦合机理的斜齿轮动态啮合刚度。在细化考虑齿背啮合机理、基于齿背实际啮合刚度的模型基础上,进一步建立斜齿轮啮合型瞬态振动模型,并在此基础上展开不同齿侧间隙以及齿背接触对系统瞬态振动特性影响分析研究。搭建封闭功率流式斜齿轮瞬态扭转振动测试试验台,对基于齿背接触刚度的斜齿轮瞬态振动特性进行了验证。该研究具有较好的理论研究意义,有利于斜齿轮传动系统在航空传动、新能源传动系统上的应用推广,进一步提升高转速齿轮系统的瞬态振动噪声品质。     

Detecting gear tooth fatigue cracks in advance of complete fracture

Some results from using vibration-based methods to detect gear tooth fatigue cracks are presented. An experimental test rig was used to fail a number of spur-gear specimens through bending fatigue. The gear tooth fatigue crack in each test was initiated through a small notch in the fillet area of a tooth on the gear. The primary purpose of these tests was to verify analytical predictions of fatigue crack propagation direction and rate as a function of gear rim thickness. The vibration signal from a total of three tests was monitored and recorded for gear fault detection research. The damage consisted of complete rim fracture on the two thin rim gears and single tooth fracture on the standard full rim test gear. Vibration-based fault detection methods were applied to the vibration signal both on-line and after the tests were completed. The objectives of this were to identify methods capable of detecting the fatigue crack, and determine how far in advance of total failure positive detection was given. Results showed that the fault detection methods failed to respond to the fatigue crack prior to complete rim fracture in the thin rim gear tests. In the standard full rim gear test all of the methods responded to the fatigue crack in advance of tooth fracture; however, only three of the methods responded to the fatigue crack in the early stages of crack propagation.     

有误差的螺旋锥齿轮传动接触分析

以多体系统误差建模理论和齿轮啮合原理为基础,提出含有机床运动几何误差以及齿轮副安装误差的螺旋锥齿轮齿面接触分析(Error tooth contact analysis, ETCA)方法。以SGM法(大轮展成法加工,小轮变形法加工)加工的弧齿锥齿轮为例,通过ETCA分析,得到机床运动误差和安装误差对螺旋锥齿轮齿面加工质量影响的定量关系,对ETCA和TCA的结果进行对比分析,结果表明机床运动误差和安装误差对螺旋锥齿轮的齿面接触质量有较大的影响,为了通过齿面接触分析达到更准确的反调加工参数的目的,采用ETCA的分析结果指导加工参数反调更为合理。     

螺旋锥齿轮振动信号产生机理与检验系统设计

对螺旋锥齿轮振动检测的重要性和检验手段的落后现状,在分析齿轮振动信号产生机理的基础上,基于混合编程的思路,阐述了检验系统硬件平台搭建和软件编程的具体步骤,该系统对齿轮振动的数字化控制具有一定的实用价值。     

基于Workbench差速器齿轮的疲劳分析

使用CATIA软件对差速器齿轮进行实体建模,通过Workbench软件的高效率模型导入功能实现了CATIA和Workbench的联合仿真,对差速器齿轮进行动力学分析以及疲劳分析。基于汽车在行驶过程中差速器的2个典型的工况下,建立齿轮接触有限元模型,分别计算齿轮啮合时的应力大小,以接触应力最大值作为计算差速器齿轮的疲劳分析输入值。结果表明,差速器齿轮的疲劳危险位置产生在齿轮齿面接触区域和齿轮齿根处,并且验证了此结果满足齿轮的寿命设计要求。所利用的Workbench快速获取零部件的相关疲劳寿命的方法,可以有效地降低产品的研发周期与成本,具有一定的工程意义。