硬齿面齿轮齿根裂纹扩展特性与剩余寿命研究

为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。     

自动变速器行星齿轮机构的优化设计

根据自动变速器行星齿轮机构的特点和要求,在保证传动比合理和体积减小等40个约束条件下,以行星齿轮机构中各齿轮强度均等或接近于优化目标,建立齿轮齿面接触疲劳应力差值最小和齿根弯曲疲劳应力差值最小的优化模型,并用MATLAB进行优化计算。与原设计比较,优化设计的行星齿轮机构的齿面接触疲劳应力和齿根弯曲疲劳应力的最大值、应力差值以及整体应力都下降,特别是齿根弯曲疲劳应力最大值减小了12.24%,而且所有齿轮的齿根弯曲疲劳应力几乎相等,优化效果明显。优化设计的行星齿轮机构体积比原设计小3.54%,而且在传动比、尺寸参数和工艺参数方面,优化设计也都有优势。     

齿面几何结构对面齿轮弯曲疲劳寿命的影响

基于坐标变换和啮合原理推导出面齿轮齿面方程,建立不同齿面参数(压力角、模数)的面齿轮传动有限元模型,分析了齿面参数对齿根弯曲应力、接触面积的影响以及弯曲应力沿齿高方向、齿宽方向的分布规律。面向磨齿及铣齿齿面粗糙度,根据修正的局部应力应变法计算了不同齿面粗糙度下的疲劳裂纹生成寿命,利用损伤容限设计法对疲劳裂纹扩展寿命进行了预测。研究结果表明,压力角对齿面弯曲疲劳寿命影响明显,尤其是对裂纹扩展寿命影响较大,增大压力角有助于提高齿面弯曲疲劳综合寿命;此外,磨削齿面较铣削齿面有利于提高齿面弯曲疲劳寿命。研究内容可为面齿轮抗疲劳设计提供依据。     

有限元法公析齿轮面摩擦力对轮根弯曲应力的影响

在齿轮传动设计中,为了更准确地计算出主动轮的齿根弯曲疲劳应力,考虑了齿轮齿面间的摩擦力并建立了较精确的有限元模型,以主动轮处于齿顶啮合位置时的轮齿为研究对象,利用有限元法分析了齿面摩擦力对齿根弯曲疲劳应力的影响,提出了摩擦力影响因子的影响系数。研究结果表明,齿轮传动设计中。两轮齿齿面间的摩擦力不可忽略。     

高强度准双曲面齿轮的新设计方法

提出了突破准双曲面齿轮设计中Gleason齿顶高系数的限制，灵活地选取齿顶高系数，以实现减小齿根的最大拉伸应力及最大压缩应力的新设计方法；同时，在设计中修正正转用齿面的压力角，以增加正转时齿根的强度。利用有限元和边缘接触分析方法，讨论了采用新方法设计出的齿轮副齿根最大拉伸应力、齿根最大压缩应力以及齿面接触应力的变化。实例计算可以看出，新设计方法可增加正转用齿面的强度，减小齿根拉伸应力。     

温度对齿轮齿根应力分布的影响分析

对直齿圆柱齿轮的热边界条件进行计算,利用ANSYS Workbench对齿轮模型进行温度场分析。经试验验证仿真结果具有一定的可信性后进一步分析齿轮齿根的热应力及热变形。对比齿轮在结构场与热-结构耦合场不同啮合位置时的齿根应力结果,得到两种情况下的齿根应力的分布形式及数值大小均有明显差别。经分析得到热应力会改变对齿根应力的分布形式及齿根最大应力出现的位置,热变形对齿根应力值的大小产生明显影响。因此研究温度对齿根应力的影响具有一定的理论意义和实际应用价值。     

基于残余应力的轮齿齿根强化对弯曲疲劳强度影响研究综述

随着工程技术的不断发展,弯曲疲劳强度成为齿轮进一步发展的重要限制因素,且弯曲疲劳失效相较于齿面失效更具危险性。结合齿轮弯曲疲劳折断机理及裂纹扩展过程,系统阐述了齿根裂纹萌生重要影响因素(包括齿根过渡圆角、磨削台阶及残余应力场等)对齿根弯曲疲劳性能的影响;基于残余应力和表面及亚表面组织可控的齿面强化机理,进一步分析了改善齿轮弯曲疲劳性能的表面强化工艺(包括喷丸强化、齿根磨削工艺等)及其研究进展;着重探讨了齿根磨削对齿轮弯曲疲劳性能的影响。为工程实际中优化齿轮设计及制造、改善齿轮弯曲疲劳性能提供理论依据和技术参考。     

齿轮传动多模式失效的时变可靠性分析

提出一种在多种失效模式下的齿轮传动时变可靠性模型和计算方法.以齿轮疲劳寿命系数与应力循环次数之间的关系曲线建立齿轮强度时变模型,进而建立同时考虑齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的可靠性分析模型.基于一次二阶矩方法推导齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的时变概率计算公式,并推导出了这两种失效模式的联合失效概率密度函数的...     

考虑粗糙度参数R_a影响的齿根弯曲疲劳寿命计算

表面形貌产生的应力集中效应对齿轮的疲劳寿命有重要影响,表面形貌对齿轮疲劳性能影响的定量分析方法是深入研究齿轮表面完整性及抗疲劳制造的基础性工作。以磨削加工的直齿轮为分析对象,提出一种基于表面形貌影响的齿根弯曲疲劳寿命预估方法。通过有限元分析得到齿根危险区域,采用白光干涉仪对齿根危险区域进行测量,根据测量数据确定表面形貌的统计分布参数和自相关函数。基于表面形貌统计分布参数和自相关函数对表面进行重构,得到有限元计算所需的表面形貌几何样本,用有限元方法分析齿根表面形貌的应力集中效应,基于材料S-N曲线估算齿根弯曲疲劳寿命,给出粗糙度R_a与齿根弯曲疲劳寿命的定量关联规律。     

42CrMo材料硬齿面齿轮全寿命试验及数据分析

针对高炉无料钟炉顶传动中心轮——42CrMo硬齿面齿轮常发生齿根的弯曲疲劳折断,设计完成42CrMo硬齿面齿轮大样本全寿命成组试验。通过对试验齿轮疲劳寿命数据处理,得到可靠度0．99时齿轮定寿命下的极限应力分布和不同可靠度下的S—N曲线,为此类硬齿面传动的小子样试验预测和虚拟全寿命疲劳设计提供依据。