直齿圆柱齿轮结构场有限元分析

为研究齿轮动态啮合过程中的应力、应变和速度、加速度对系统动力学的影响,根据齿轮啮合原理和赫兹接触理论计算齿轮啮合过程中的接触应力;根据接触有限元方法,利用ANSYS Workbench数值分析了齿轮动态啮合过程中,沿啮合线、齿宽和齿轮径向方向上最大等效应力、最大等效应变的发生位置以及最大速度、最大加速度的变化规律。计算结果表明,从动轮的接触带靠近两端面处和齿根圆处最容易发生轮齿失效;双齿啮合时速度稳定性比单齿啮合时提高约25%,振动冲击现象明显减弱。分析齿轮最容易发生失效的位置,模拟振动冲击点,为提高齿轮强度和齿轮优化设计以及为电机转速的控制提供了理论基础。     

面向制造的圆弧齿线圆柱齿轮啮合接触冲击力研究

啮合接触冲击对圆弧齿线圆柱齿轮的传动性能有着较大的影响。文中分析了圆弧齿线圆柱齿轮的加工方法,给出了面向制造的圆弧齿线圆柱齿轮齿面方程,建立了齿轮精确三维数字模型。运用ANSYS/LS DYNA软件分析不同冲击位置(齿顶、分度圆、齿根附近发生啮合接触冲击)和冲击速度对齿轮径向、切向、轴向啮合冲击力的影响规律。结果表明:冲击速度和冲击位置对径向、切向冲击力有较大的影响,但对轴向冲击力基本无影响。研究结果为圆弧齿线圆柱齿轮将来的设计及工程应用提供了理论依据。     

非穿透型齿根裂纹扩展及啮合特性分析

非穿透型齿根裂纹是最接近实际工况的齿轮故障。以有限元法模拟三维非穿透型齿根裂纹扩展过程,计算应力强度因子,确定了裂纹扩展路径。针对齿轮啮合特点模拟健康齿轮的啮合过程,计算健康齿轮的啮合刚度,通过与ISO6336-1∶2006进行对比,验证了计算结果的准确性。以此方法为基础,提出了非穿透型裂纹啮合特性分析方法,分析了齿宽方向不同穿透程度的齿根裂纹和齿廓方向裂纹尾部不同高度的齿根裂纹对啮合刚度的影响。结果表明,随着裂纹穿透程度的增加,应力强度因子逐步增加;随着裂纹在齿宽方向穿透程度的增加和在齿廓方向高度的增加,啮合刚度有着不同的降低幅度;齿根裂纹在齿宽方向穿透程度的增加比在齿廓方向裂纹尾部高度的增加对啮合刚度的影响更加显著;不同裂纹类型对齿轮等效应力及总位移也有明显的影响。     

含太阳轮缺齿故障的行星齿轮传动系统动态特性研究

针对故障因素对行星齿轮传动系统动态特性影响不明确的问题,采用Hertz接触理论计算齿轮副啮合力的方法,有效的引入了太阳轮缺齿故障因素,建立了行星齿轮传动系统动力学分析模型;模拟系统在太阳轮出现缺齿情况下的工作过程,分析故障因素随着系统输入转速和负载变化对传动系统动态特性的影响。数据表明:太阳轮出现缺齿故障时,太阳轮浮动轨迹半径增大;啮合力基频及倍频周围出现边频带,低频区域出现大量低频带;随着转速和负载的增加,各轮齿间啮合力正常波动和冲击幅值均增大。该结果可为行星齿轮传动系统的设计制造、使用监测和故障诊断提供理论依据。     

抽油机齿轮齿条升降机构啮合仿真分析

齿轮齿条升降机构的动力学特性是影响其工作性能的重要因素。为了获取齿轮齿条啮合传动时轮齿啮合力的变化规律,以某型齿条式抽油机为研究对象,采用参数方程建立了齿轮齿条升降机构实体模型;基于ANSYS进行了静态接触分析,研究齿轮齿条应力应变分布,并与理论计算值进行了对比。运用ADAMS仿真模拟了齿轮齿条在不同载荷作用下的动态啮合力,研究了齿轮转速对啮合力的影响。分析结果表明,在上换向段啮合过程中存在短暂的卡滞状态导致啮合力急剧增大,在下换向段啮合过程中由于接触面积变小,齿轮齿条存在一定程度的开脱导致啮合力急剧减小;在抽油机运行过程中应尽量避免齿轮的高速运转,确保低速、匀速的工作环境对抽油机升降机构的平稳安全运行具有重要意义。     

基于LTCA的高速齿轮传动系统非线性动态特性分析

为研究高速齿轮传动系统的动态特性问题,建立了考虑时变啮合刚度激励、误差等因素的非线性弯-扭耦合动力学模型。采用承载接触仿真(LTCA)方法,结合当量误差啮合理论,计算了模型中的时变啮合刚度和啮合误差激励条件。利用数值方法求解得到系统的动态响应特性。结果表明:在时变啮合刚度和啮合误差激励因素影响下,系统表现出很强的非线性特性;转速从7000r/min变化到15000r/min时,时间历程一直表现为非周期变化;增大轮齿啮合刚度和提高加工精度等级可改善动态响应特性。为高速齿轮传动系统的动态稳定性设计提供理论基础。     

基于非线性有限元接触理论行星齿轮副瞬态啮合特性研究

为了比较分析风电行星齿轮副啮合面和非啮面瞬态接触特性的差异,根据非线性有限元接触理论,建立了某风电增速用输入级传动机构NGW型行星轮系的非线性有限元模型,对行星齿轮副的瞬态啮合过程进行了动力学实验研究,获得了行星轮系构件齿廓不同啮合位置应力的时间历程曲线。研究表明啮合轮齿廓不同位置的应力具有相似的变化规律;与外啮合的行星齿轮轮廓应力相比,内啮合行星齿轮齿廓的应力较大。在此基础上,对比分析了风电行星齿轮副的关键工况参数对啮合面和非啮合面的瞬态接触的影响,为以改善行星齿轮啮合性能和可靠性为目标的动态优化设计方案确定提供有益的指导。     

动力刀架刀具驱动模块动态特性分析

为研究最大输出扭矩工况下AK33双伺服动力刀架刀具驱动模块的动态性能,文章基于Hertz接触理论及有限元仿真对6级7齿轮传动链进行分析。对传动链齿轮啮合强度进行理论计算,利用Solid Works进行参数化精确建模,基于ABAQUS/Explicit显式动态分析方法对瞬态啮合过程进行动态仿真,将接触仿真结果与赫兹接触理论计算结果相比误差为8.27%,表明了所建有限元模型合理。通过对数控刀架驱动模块传动链的动态特性研究,直观了解动力传动的应力分布状态,发现传动过程中存在载荷冲击且齿向载荷分布不均,其应力极差为382.50MPa。指出数控刀架动力模块有待提高的具体因素,为动力刀架的研发及改进提供一定的理论依据和技术参考。     

基于I-DEAS虚拟环境少齿数圆柱齿轮分析系统研究

本文利用I-DEAS新型软件多种功能 ,在对少齿数斜齿轮三维参数化建模的基础上 ,进行了斜齿轮干涉、根切现象的啮合分析和齿面接触、齿根弯曲最大应力的有限元分析。构建了一种少齿数圆柱齿轮啮合状况和承载能力的检测和动态仿真系统     

轮齿温度场影响因素分析

对滤波减速器轮齿的啮合齿面输入热流量、各表面对流传热系数两个温度场边界条件进行了计算,利用有限元方法分析在边界条件的约束下齿轮在不同工况下的温度场,得到各工况下轮齿稳态温度场的分布特性。通过对比其特性可知:齿轮本体温度会随着齿轮负载转矩、输入转速的增大和环境温度的升高而增大,但温度场分布规律不会改变。     

高接触比螺旋锥齿面修形方法及动态特性研究

为抑制高接触比螺旋锥齿轮传动的振动,提出一种新的高阶齿面修形方法。根据高接触比螺旋锥齿轮的啮合特点,提出一种新的修形曲线,采用辅助齿面修形方法生成高阶修形螺旋锥齿轮。在考虑齿变形的情况下,计算了高阶修正弧齿锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击,在此基础上建立了降低高接触比螺旋锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击的优化模型。仿真结果表明：与二阶修形弧齿锥齿轮相比,高阶齿面修形方法不仅可以有效降低高接触比螺旋锥齿的载荷传递误差、啮合冲击和动态负载系数,而且可以提高其在全速范围内的动态性能。     

燃油泵齿轮受力分析及其近似计算方法北大核心

为精确计算外啮合斜齿齿轮泵的径向力大小和方向以及轴向力大小,以某型燃油泵为研究对象,采用PumpLinx软件仿真得到外啮合斜齿齿轮泵工作过程中主、从动齿轮所受液压力矩的精确值,进而计算齿轮所受啮合力和液压力,获得不同工况下合力大小和方向,最后通过数据拟合给出主、从动齿轮的径向力以及主动齿轮的轴向力关于泵进出口压差、齿宽和齿顶圆直径的经验公式。在变工况下进行了对比分析,结果表明:仿真计算结果与经验公式计算结果吻合。研究结果为某型燃油泵轴承的设计与校核提供了参考,也为系列泵齿轮的受力分析提供了一种近似计算方法。     

齿面单坑缺陷下齿轮磨损演变与映射机制研究

齿面凹坑是常见的齿轮缺陷之一,在轮船、矿业机械、风电齿轮等大型重载齿轮传动机构中,齿轮更换拆卸极为不便,为避免齿轮发生严重失效造成的重大损失,需要准确判断齿轮的磨损特征和预测故障出现的时间和位置,探究齿面坑状缺陷对齿轮磨损进程的影响尤为必要。以齿面单坑缺陷齿轮的啮合历程为研究对象,采用控制变量的方法进行齿轮磨损特征对比。通过搭建的力系闭式齿轮试验台进行重载试验,利用铁谱分析技术和油样分析技术对磨损粒子作定量、定性分析,结合有限元分析和和齿面磨痕扫描电镜图片探究单坑缺陷下斜齿轮磨损演变与齿轮啮合状态的映射机制。研究结果表明：凹坑打在承载区,斜齿轮沿接触线方向的应力分布不均匀,凹坑周边区域存在应力集中现象;坑状缺陷改变了齿轮的啮合状态,缺陷轮齿齿根应力值明显大于正常轮齿,使得坑状缺陷的轮齿齿面抗磨损能力提高,但轮齿刚度降低,尤其进入剧烈磨损的后期,磨粒数量快速上升,并伴随齿面严重的剥落和塑性变形,加速轮齿疲劳断裂。     

含太阳轮故障因素的行星齿轮传动系统动态特性研究

基于故障因素对行星齿轮系统动态特性的影响,用赫兹接触理论,在考虑齿面接触刚度特性的条件下引入弯曲刚度,建立新的传动系统动力学模型。利用扭簧刚度变化分别引入太阳轮裂纹和断齿2种故障因素,分别模拟了行星齿轮传动系统在不同故障因素影响下的运转状态。通过分析动载荷谱、太阳轮浮动轨迹研究故障因素对行星齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:太阳轮出现裂纹故障时,太阳轮浮动轨迹随着裂纹的加深逐渐扩大;在经过裂纹轮齿时,行星轮与内齿圈啮合力振幅少量增加;太阳轮出现断齿故障时,太阳轮浮动轨迹在啮合处发生瞬时大幅度偏移;行星轮与内齿圈啮合力振幅较大,在频域图的低频区域出现大量边频带;故障因素对传动系统的影响随工况条件的改变而变化。     

上传主动锥齿轮断裂分析

发动机返厂检查发现上传主动锥齿轮的一个轮齿发生断裂。通过对断裂齿轮进行断口宏微观分析、金相组织和硬度检查,分析认为锥齿轮的断裂性质为弯曲疲劳,疲劳断裂的原因是齿根弯曲应力过大。对齿轮齿厚、齿根圆角进行测量,对齿根圆角过渡情况进行检查,并运用有限元分析方法对锥齿轮断齿受力进行模拟分析。结果表明:齿根弯曲应力过大是因为齿厚超差导致齿轮啮合位置偏离,同时齿轮在加工过程中齿根存在加工接刀尖边导致齿根应力分布改变,出现应力集中。后续采取改进齿轮的加工工艺及加强对齿轮的制造质量控制等措施,避免该类故障再次发生。     

基于啮合错位的驱动桥准双曲面齿轮加载性能分析

为了掌握汽车驱动桥准双曲面齿轮在实际工况下的齿面啮合性能,基于Masta软件对驱动桥准双曲面齿轮进行了加载啮合性能分析。通过建立驱动桥有限元模型,利用Masta软件的系统变形分析功能计算出实际工况下齿轮啮合错位量。通过对啮合错位下准双曲面齿轮进行加载接触分析,获得齿面加载接触区、加载传动误差及齿面接触应力随载荷的变化趋势。最后在传动试验台上进行了驱动桥台架加载试验,实际加载接触区与软件仿真接触区一致,验证了仿真结果的正确性。这为准双曲面齿轮的齿面设计及优化提供了参考。     

S40C钢制齿轮表面裂纹产生原因分析

S40C钢制齿轮服役一段时间后,单个齿面出现裂纹状缺陷。采用宏微观分析、金相检验、显微硬度测试等方法,对该齿轮缺陷产生的原因进行分析。结果表明:齿面裂纹状缺陷为接触疲劳所致,造成局部接触疲劳裂纹产生的根源是齿面存在磨削烧伤,显著降低齿面硬度,改变齿面强度梯度分布,在循环啮合作用下出现接触疲劳开裂。进一步地,对感应淬火齿轮齿面硬度降低的影响因素进行详尽的阐述,并结合不同啮合状态下齿轮强度曲线和剪切应力曲线之间的相互关系,论述常见的齿轮剥落现象及失效机理。     

考虑啮合错位的斜齿轮复合修形优化研究

为了减少斜齿轮传动因啮合错位导致的齿面偏载、传递误差增大、啮合冲击增大,研究考虑啮合错位的斜齿轮复合修形方法,讨论修形前后不同错位量下齿面啮合性能的变化规律。该方法考虑了啮合错位对齿轮啮合性能的影响,基于斜齿轮啮合接触计算模型,以齿面载荷分布、传递误差、啮合冲击等性能指标为评价依据,进行了“螺旋角修形+齿廓鼓形修形”的复合修形。结果表明：基于多目标的“螺旋角修形+齿廓鼓形修形”复合修形能有效改善因啮合错位造成的齿向偏载,且在降低传动误差峰峰值和改善啮合冲击方面显著优于单一的螺旋角修形,能较全面地改善斜齿轮的啮合质量。     

基于分形理论的粗糙齿面齿轮动力学研究

为研究齿面微观误差对齿轮动力学特性的影响,基于分形理论对粗糙表面进行分形表征。结合时变啮合刚度、静态传递误差以及齿面摩擦等因素,建立计及粗糙齿面的齿轮非线性动力学模型,研究齿面粗糙度、齿面摩擦及工况对齿轮动力学特性的影响。结果表明：粗糙度增大时,齿轮传动系统的动态传递误差增大,振动稳定性降低,动态性能逐步恶化;齿面摩擦会使齿轮副的动态传递误差和振动位移都增大,且摩擦对垂直啮合线方向的振动特性影响更明显;粗糙度对齿轮动力学特性的影响随工况变化而改变,结合工况合理地进行齿面精度设计,有利于进一步平衡加工成本与传动质量之间的问题。