动力齿轮传动振动机理研究之一--工作压力角变化的影响

把齿轮作为弹性体,研究动力传动过程中轮齿变形导致的工作压力角变化、瞬时节点跳动、瞬时不定传动比、速度波动等引起的振动的机理．结合轮齿加载啮合分析和边界元法编制计算分析软件;建立齿轮副弹性啮合过程模型;分析各运动参数变化的规律,并结合啮合原理对计算结果进行分析．     

基于ANSYS workbench齿轮啮合刚度计算及动力学仿真

为了解决在齿轮动力学仿真中啮合刚度的时变性问题,在三维建模软件Solidworks中,通过渐开线参数方程建立了直齿圆柱齿轮装配体模型,将模型导入ANSYS workbench的瞬态动力学模块,用准静态的方法求出了综合啮合刚度,考虑齿轮的惯性效应以及轮齿摩擦力进行齿轮动力学仿真.结果表明,实际情况下综合啮合刚度与理论重合度计算的综合啮合刚度是不同步的.轮齿在进入和退出双齿啮合时振动加剧,轮齿的交替啮合产生冲击力,单齿啮合比双齿啮合振动强烈.     

基于有限元的斜齿轮齿面接触分析

以某斜齿轮啮合齿为对象,建立三对啮合齿精确有限元模型。运用有限元分析软件ANSYS对啮合齿进行接触静力学分析,得到齿面最大接触应力值;对轮齿进行基于赫兹理论的齿面接触应力计算,最大接触应力理论计算值与有限元仿真值相差6.6%,验证了有限元分析的合理性;有限元分析得到轮齿啮合时轮齿最大变形量并找到轮齿工作薄弱区域,提出了提高该斜齿轮轮齿强度的方法。     

人字齿轮传动的动态特性分析

为了降低人字齿轮传动的振动噪声,对其动态特性进行研究.在综合考虑轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励的基础上,应用集中参数法建立人字齿轮弯-扭-轴耦合的动力学模型.根据牛顿力学定律,推导出相应的运动微分方程.讨论了各种激励和轮齿修形对人字齿轮动态特性的影响.以一对人字齿轮为例进行动态试验,结果表明,修形前后齿轮箱的结构...     

直齿轮啮合疲劳强度的有限元仿真与失效分析

齿轮啮合疲劳强度的理论计算和虚拟仿真均与实际啮合情况存在偏差,两者的精度值得讨论.首先在UG环境下建立标准渐开线直齿轮模型,再运用UG有限元工具对轮齿进行了齿根弯曲疲劳强度与齿面接触疲劳强度的力学仿真,最后对虚拟仿真与理论算法的结果进行了比较分析.结果表明:齿根弯曲应力和齿面接触应力分布图符合理论推断,但理论计算忽略了轮齿受到的径向压应力,有限元仿真的边界载荷条件更为真实,但结果应当引入载荷因数K.本文在同一软件环境中实现了齿轮的CAD与CAE,为齿轮的建模、仿真提供了设计参考与误差分析的思路,有助于提高齿轮设计的效率和质量.     

高速列车齿轮箱内部流场数值模拟

为了研究齿轮箱内部复杂油气两相流的变化规律,采用数值模拟方法研究了转速及浸油深度对流场的影响.结果表明,3倍于齿高的浸油深度可以充分发挥润滑油的润滑冷却作用.在齿轮啮合区流体速度最大,不同转速条件下流体速度最大值变化规律相同,并最后稳定在一定范围内波动,且最大流体速度平均值呈线性增长.齿轮啮合区附近压力变化较大,在啮入区域形成局部高压,在啮出区域形成局部低压.随着转速的提高,高压和低压绝对值呈增大趋势,但不遵循线性关系.     

热弹流理论在齿轮传动润滑分析中的应用

考虑流体的可压缩性和齿轮传动重合度对轮齿载荷的影响,对渐开浅直齿轮传动进行热弹流数值分析;计算分析了在给定传动比和中心距条件下,齿轮模数、齿数以及变位系数等几何参数对齿轮润滑性能的影响,获得了齿轮传动沿啮合线的中心油膜厚度、压力、温度以及轮齿表面摩擦系数等分布规律．     

变载荷下Klingelnberg锥齿轮接触迹线规律

基于克林根贝尔格锥齿轮齿面加工原理,建立齿面方程,用拟Newton法在MATLAB中进行齿面方程离散,构建克林根贝尔格锥齿轮的几何模型;基于变载荷接触有限元分析原理,应用Abaqus仿真克林根贝尔格锥齿轮在变载荷情况下的轮齿啮合状态,并研究其接触迹线变化,给出载荷变化与轮齿接触迹线变化之间的关系;根据克林根贝尔格锥齿轮高重合度,提取3对啮合轮齿模型,研究其在轻载、中载、重载下接触迹线变化情况.结果表明:随着载荷的增大接触椭圆的面积逐渐增大,且接触椭圆的形状、倾斜方向、位置也随载荷的增大而发生变化;接触迹线移动方向由水平方向逐渐变为沿对角方向,根据受力后接触面移动规律,可预先将接触区调在小端,这样可提高齿轮的承载能力.     

基于兆瓦级风电齿轮箱传动特性的齿轮修形研究

考虑多工况下兆瓦级风电齿轮箱各齿轮副具有不同的啮合特性,提出了一种齿轮修形的优化方法.基于Romax Designer软件对某兆瓦级风电齿轮箱齿轮进行多工况仿真分析,定位啮合特性各异的问题齿轮副;采用现有修形公式初算问题齿轮副各修形量,分析了各修形量在微调范围内齿轮齿面单位载荷与传动误差幅值的变动趋势;依据该变动趋势及齿轮啮合特性的差异,提出了一种判断优化目标函数单调性的修形量寻优方法.寻优结果表明,修形后齿轮齿面载荷分布和传动误差幅值明显优化,兆瓦级风电齿轮箱齿轮振动噪音及破坏的情况明显改善.     

Kriging模型在齿面磨损预测中的应用

为快速准确地对齿面磨损进行预测,考虑双齿啮合区的载荷分配并用Kriging方法建立了新的磨损数值仿真模型.基于Winkler弹性模型和轮齿啮合原理得到磨损量计算所需要的压力分布及啮合速度,在确定压力分布时考虑了由磨损带来间隙的影响,并对所需的载荷进行了动态分配;基于Archard磨损模型推导齿轮的磨损量数值仿真模型,得到了不同磨损次数下轮廓各个啮合点处的磨损深度;用Kriging方法和人工神经网络方法构建磨损与齿轮参数的关系代理模型,研究不同初始样本量下代理模型的逼近程度和拟合优度.算例计算结果表明:磨损量随磨损次数增加逐渐累积,参与啮合的齿廓各个位置的磨损量均不相同,节点处最小,越靠近齿根越大,主动轮(小齿轮)大于从动轮(大齿轮);综合比较3个初始样本量训练得到的Kriging模型表明,最小样本量为100时逼近程度和拟合优度都满足要求,并可预测未来的磨损量.采用Kriging模型具有较高的计算效率和精度,克服了磨损数值仿真模型计算耗时长的不足.     

齿轮箱飞溅润滑流场分布和搅油力矩损失

齿轮箱飞溅润滑具有齿轮旋转、两相流及流场分布复杂等特点,难以通过理论或实验进行研究;在计算流体动力学方法上,传统的网格法存在动网格处理困难、计算成本高的弊端.针对以上问题,提出运用移动粒子半隐式法(MPS)对齿轮箱飞溅润滑开展仿真分析. 在低转速时,设置不同润滑油型号和温度工况,发现润滑油流场分布情况与试验结果较一致. 在高转速时,设置不同的油温工况,发现相对光滑粒子流体动力学方法(SPH),基于MPS方法数值计算所得的齿轮搅油力矩损失准确度更高,能够准确预测力矩损失变化趋势,但力矩损失预测误差较大,须进一步改进和完善. MPS方法严格保证了流体的不可压缩性,易于追踪捕捉大变形和强非线性化的自由液面,能够较好地分析预测齿轮箱飞溅润滑流场的分布效果.     

无侧隙端面啮合蜗杆副瞬态动力学分析

为了获得无侧隙端面啮合蜗杆副的动力学特性,分析不同结构类型的蜗杆之间承载能力、变形间的关系。利用有限元法,建立蜗杆端面啮合杆副的动力学分析模型,对啮合瞬间进行瞬态动力学分析。首先,根据建立的端面蜗杆的动力学模型,进行瞬态动力学分析,分别得到端面啮合蜗杆副的接触应力、等效应力和总变形。其次,对无侧隙端面啮合蜗杆副的动力学特性进行理论分析与比较,分别比较分析无侧隙端面啮合蜗杆副与无侧隙环面蜗杆副、无侧隙端面啮合蜗杆副与双滚子端面啮合蜗杆副的瞬态动力学性能及变形的情况。结果表明：有限元分析中端面啮合蜗杆副的应力、应变云图表明,啮合瞬间,蜗轮蜗杆至少同时啮合8对齿,可以清晰地看到最大应力在齿顶;同等条件下,端面啮合蜗杆副的接触应力较无侧隙双滚子包络环面蜗杆减小超过33%;端面啮合蜗杆副的最大等效应力仅为无侧隙双滚子包络环面蜗杆的22%;端面啮合蜗杆副较双滚子端面啮合蜗杆副具有较强的抗变形能力,当t≥0.056 5 s双滚子端面啮合蜗杆副随时间变形影响显著。几种新型蜗杆副的分析和比较可以反映其动/静力学特性,从而为该新型蜗杆在减速器等领域中的应用提供理论依据和工程应用价值。     

摆动活齿传动内齿圈齿形求解新方法

把齿轮啮合原理应用于摆动活动齿传动分析，计算出了摆动活齿传动中激波器偏心凸轮与活齿的啮合点的坐标，活齿与内齿圈啮合点的坐标，然后求出活齿传动的啮合曲线，内齿圈的齿形曲线，为内齿圈齿形的求解和加工提供了一种新方法，结果表明，理论齿形与实际齿形相符。     

弛豫锗硅减压化学气相淀积的CFD模型及仿真

基于SiGe材料化学气相淀积(CVD)生长原理,针对减压化学气相淀积(RPCVD)系统,建立了弛豫锗硅RPCVD的计算流体动力学仿真模型及相应的流体模型,采用Fluent软件对流量、压强、基座转速等工艺参数对反应室中气体密度场和速度场的影响进行了模拟仿真及分析.模拟结果表明,流量为50L/min、压强为2 666.44Pa、基座转速为35r/min时,基座上方流场的均匀性最佳.采用仿真优化的工艺条件进行了弛豫SiGe的RPCVD实验,其SiGe薄膜厚度分布实验结果与弛豫SiGe前驱体SiH2Cl2的Fluent浓度分布模拟结果一致,验证了该模型的正确性。     

渐开线齿轮点蚀位置的确定及其计算综合曲率半径的误差修正

依据赫兹强度理论 ,指出一对标准渐开线直齿齿轮啮合时 ,最大接触应力位于齿轮单啮合区靠近小齿轮处单双啮合区的分界线上。小齿轮点蚀发生在分度圆与齿根圆之间 ,大齿轮点蚀发生在分度圆与齿顶圆之间。并列举实例 ,证明目前传统设计方法计算点蚀处齿轮综合曲率半径误差较大 ,绘制出精确计算值与传统计算值的比值曲线 ,并给出结论 :传统设计方法得到的结果不安全 ,有误差 ;误差与齿轮模数无关 ,误差随着小齿轮齿数的增加渐小 ,误差随着齿轮齿数比的增大先渐大后渐小     

锥齿少齿差行星传动的效率分析

运用球面三角学理论推导了定轴轮系内锥齿轮副的啮合效率计算式,并在此基础上应用啮合功率法得出锥齿少齿差行星传动啮合效率,建立了锥齿少齿差行星减速器整机效率的计算公式 经效率试验验证,所建立的效率计算式准确度高 由理论计算和试验证实,锥齿少齿差行星传动具有较高的传动效率     

压力驱动圆通道中流体流动特性的数值模拟

为了研究人造血管中血液的流动特性规律,采用计算流体力学(CFD)方法对压力驱动圆通道中牛顿流体和非牛顿流体的流动特性进行数值模拟研究,获得流体流动的流型、速度场、压力分布规律,并研究压力、通道直径等因素对圆通道中流体流动特性的影响。结果表明:流体流动为定常流动时,牛顿流体和非牛顿流体的速度场在不同直径和压差下分布呈现对称的抛物线型和柱塞型;脉动压力驱动下流体的速度最大值与通道直径无关。这些结果说明通道直径和压差影响流体的流动特性,从而为研究人造血管中的血液流动特性提供了理论依据。     

圆柱滚子包络蜗杆传动不同啮合方式的性能分析

为分析圆柱滚子包络环面蜗杆不同啮合方式对蜗杆传动性能的影响,基于微分几何与空间啮合原理建立圆柱滚子包络蜗杆传动的啮合方程;通过选取蜗轮旋转角得到普通环面、端面、内啮合3种典型蜗杆传动,利用诱导法曲率方程和润滑角方程对蜗杆传动进行啮合与润滑性能分析。研究结果表明:3种不同啮合方式的蜗杆润滑性能由高到低依次为圆柱滚子包络内啮合蜗杆、圆柱滚子包络端面蜗杆、圆柱滚子包络环面蜗杆;3种结构在啮合性能上无明显差距。该研究对滚子包络蜗杆传动的不同啮合段和参数的选取提供了参考。