基于弹流润滑理论的非对称齿轮胶合强度多目标优化

为提高双压力角非对称齿廓齿轮的设计质量,缩短设计周期,依据弹性流体动力润滑理论,通过范例,以齿间最小油膜厚度最大和齿轮传动总体积最小为目标函数,按照粒子群优化算法,利用MATLAB编制优化程序,进行约束多目标优化设计.在此基础上,根据齿轮啮合原理和现代摩擦学原理从数学逻辑关系和物理机理上分析了目标函数对各个设计变量的灵敏度.研究结果表明:非对称齿轮的体积随模数和齿宽的增加而增加,对模数的敏感程度大于齿宽;齿间最小油膜厚度随模数、齿宽、压力角及变位系数的增加而增加,其敏感程度依次为压力角、模数、齿宽和变位系数;压力角是影响弹流润滑齿间最小油膜厚度最重要的因素,在工作齿侧适度增大压力角可以显著增大最小膜厚;大、小齿轮的变位系数对最小油膜厚度具有同等的影响程度.     

正交试验法研究纺丝条件对中间相沥青碳纤维直径的影响

利用Taguchi正交试验方法探讨了沥青基碳纤维纺丝过程中影响纤维直径的纺丝工艺因素及其规律,结果表明:以纺丝温度、纺丝压力、卷筒转速和喷丝孔入口角等4个重要的纺丝工艺条件为考察因素时,卷筒转速是影响中间相沥青基碳纤维直径变化最重要的因素。中间相沥青基碳纤维直径随着喷丝孔入口角的增大而减小;随着纺丝温度的升高而增大;随着转速增大而明显减小。     

正交面齿轮传动非线性振动特性分析

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面误差、齿面摩擦、齿侧间隙、轴承间隙等因素的弯-扭耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程组进行求解。计算结果表明：在不同转速时系统会出现单周期非谐响应、多周期次谐响应、拟周期响应及混沌响应,并伴随着跳跃现象;随着负载转矩的增大,系统响应呈现混沌-多周期次谐-单周期非谐的变化趋势,轻载时齿轮副易出现单边和双边冲击现象,当载荷增大到一定程度后齿轮副处于无冲击状态;摩擦系数较小时,对系统非线性振动特性影响不大,当其逐渐增大时,系统运动状态由单周期经倍周期分叉进入混沌运动     

齿廓修形人字齿轮副时变啮合刚度计算方法

为准确计算考虑轮齿修形和受载变形的人字齿轮副啮合刚度,推导了含齿顶和齿根修形的人字齿轮齿面方程,基于势能法和数值积分公式,提出了计及齿廓修形参数和退刀槽宽度的人字齿轮啮合刚度精确计算方法,并通过有限元仿真分析验证了算法的正确性;而后分析了不同退刀槽宽度、修形参数及输入转矩等对人字齿轮副重合度和啮合刚度的影响规律。结果表明,单侧斜齿轮齿宽不变而退刀槽宽度增大,人字齿轮副啮合刚度增大;随着修形量和修形长度的增加,重合度和啮合刚度减小,而修形曲线阶次增大,重合度和啮合刚度呈增大趋势,但当修形曲线阶次高于四次时,啮合刚度变化不大;输入转矩增大时,重合度和啮合刚度先增大而后不再变化。     

计入齿面摩擦和热变形的齿轮传动系统动力学建模分析

对计入齿面摩擦和热变形的齿轮系统动力学模型进行了分析。以渐开线直齿轮为例,计入温度效应并考虑齿面摩擦、齿侧间隙、时变啮合刚度等非线性因素,建立系统的动力学微分方程,并进行算例分析。结果表明:摩擦因数和温度对于系统的影响与转矩波动频率有关。当转矩波动频率较低时,系统一般呈现周期运动,摩擦因数和温度的影响不明显;当转矩波动频率较高时,摩擦和温度对于传动精度和运动形态的影响很大,随着摩擦因数和温度的增加,系统稳态运动由拟周期运动变为混沌运动,轮齿间敲击状态变复杂。     

增速传动系统齿轮拍击振动特性研究

齿轮的拍击振动效应是增速传动系统复杂动力学特性的重要表征,研究内外部激励对拍击振动的影响,对进一步阐述拍击振动规律具有重要意义。本文通过搭建一级增速齿轮传动试验台,采用光电编码器和NI数据采集系统对主动轮和从动轮转速脉冲进行测量和采集,分析主动轮与从动轮的弧长差曲线和转速差曲线,验证了增速传动下的齿轮拍击效应。然后针对不同齿侧间隙与不同转速等试验条件,开展系列化的拍击振动特性研究。分析发现：不同试验条件下的弧长差包络线均呈正弦波动趋势,且其变化幅值随着转速升高而出现缩小的趋势,而弧长差中心线位置的规律性不明显,与齿侧间隙、主动轮转速无关,仅与齿轮副初始位置相关;当拍击效应发生时,随着转速升高,拍击位置具有从齿向往齿背靠近的趋势;随着啮合轮齿间的侧隙增大,相应的拍击门槛转速降低,更易出现拍击振动现象。     

不同形式齿廓偏差对直齿轮副振动的影响规律

通过建立齿轮承载接触分析模型,计算了考虑齿面误差分布时齿轮的啮合刚度和综合啮合误差。综合考虑时变啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励的影响,建立了直齿轮副弯扭耦合动力学模型,分析了不同形式齿廓(中凸、中凹、正压力角、负压力角)偏差对系统振动的影响规律。结果表明,中凹齿廓齿轮的振动最大;负压力角偏差齿轮作从动轮时振动仅次于中凹齿廓;在多数载荷条件下,正压力角偏差齿轮的振动要小于负压力角偏差齿轮,中凸齿廓齿轮具有比理想齿廓齿轮更小的振动。研究结果为进一步提出齿轮误差控制原则提供了有效参考。     

单级人字齿轮减速器振动噪声影响因素研究

本文以船用人字齿轮减速器为研究对象,依据人字齿轮传动结构特点,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差等激励以及人字齿轮轴向定位与滑动轴承支撑等因素,建立了传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,通过求解得到了传动系统轴承动载荷。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了齿轮箱噪声辐射,得到了齿轮箱声场声压分布云图与各场点噪声谱。系统讨论了人字齿轮基本参数(包括齿顶高系数、顶隙系数、齿宽、螺旋角及压力角)以及减速器结构特征（人字齿轮中间连接刚度、轴向定位刚度）对减速器振动噪声的影响,为减速器的减振降噪设计提供了理论基础。     

波动转矩下渐开线直齿轮传动齿廓修形研究

分析了齿轮转速波动和齿面、齿背啮合相位差对啮合点的影响,结合单、双齿啮合和修形边界条件并采用解析法计算啮合刚度,建立了与齿轮实际运动状态和啮合状态相关的非线性啮合刚度模型,该模型可与齿轮非线性动力学方程实时反馈,更加准确地描述齿轮传动过程中的啮合刚度。建立了考虑间隙、非线性啮合刚度的2自由度单级齿轮传动非线性动力学模型,在波动转矩的作用下,对比研究齿廓修形参数对齿轮动态特性的影响。研究结果表明:修形量对齿轮动态特性影响显著,存在最优修形量使动载系数达到最小;当修形量超过某临界值齿轮产生单边或双边冲击现象,齿轮动载荷明显增加;外载荷一定,增加修形长度可降低动载系数最小值;波动转矩作用下,齿轮的最大修形量为最小转矩作用下单齿啮合最高点的变形量。     

测量直齿圆锥齿轮的基本参数

直齿圆锥齿轮的测量以大端参数为准 ,因为这样相对误差较小。其基本参数有模数ｍ、压力角α、分度圆锥角δ1、δ2 ,齿顶高系数ｈａ ,顶隙系数Ｃ 。锥齿轮的各部分尺寸以上述各参数作为计算依据。在测量时 ,准确可靠的数据有齿数、轴交角、根锥角 ,根圆直径 ;不易测量准确的有压力角、齿顶圆直径、顶锥角、齿高、齿厚等。有些参数要符合标准系列 ,而各个国家标准不一 ,所以在具体测绘时 ,首先要弄清齿轮是哪国生产的。便于估计出它可能采用的标准制度 ,使测绘方便。各国标准制度如表 1。表 1　各国直齿圆锥齿轮标准制度基本参数国家 齿形种类…     

Selective Carbon Fiber Reinforced Nylon 66 Spur Gears: Development and Performance

A new design methodology is developed to mold the polymer spur gears with high strength fiber reinforcement only in the highly stressed region. High performance high cost short carbon fiber reinforced Nylon 66 is used in the highly stressed tooth region and low cost unreinforced Nylon 66 is used in the hub region. Two different geometries, circular and spline shaped hubs were used for developing the selective reinforced gears by multi-shot injection-molding process. Joint strength of the selectively reinforced gear was estimated using shear tests. Clear hub and tooth region separation without any distortion was observed in joint shear tests. A molten material due to fusion bonding was observed at the interfaces. The joint strength was also evaluated by conducting gear fatigue tests using a power absorption test rig at various torque levels and at a constant gear rotational speed. Monolithic reinforced gear and selective reinforced gears with spline hub exhibited similar fatigue behavior. The failure mode depends upon the test torque level. The selective reinforced gears with circular hub showed joint failures at high-test torque levels. Absence of mechanical interlocking feature in the circular hub geometry contributes to the joint failure. Thermal bond, part interference and mechanical interlocking feature provide sufficient joint strength to the selective reinforced gear with spline hub.     

基于STM8S105的智能车结构及控制系统的研究

为了实现基于无碳理念的小车在复杂路径行驶中具备自主识别障碍物和避障轨迹优化等功能,设计了一种由重力驱动的智能车。首先,为使智能车既能行驶较远距离又能变速上坡,基于机械能守恒定律,设计了平滑过渡型阶梯式绕线轮,其结构简单、运行无冲击且加速度恒定,可有效节约驱动能源;其次,对智能车的传动机构进行了基于单自由度的动力学分析和转矩的计算;再次,采用STM8S105单片机作为核心控制器来控制E3Z-D62红外传感器、ES3104舵机和JY61P陀螺仪,实现对障碍物的识别、避让,车体转向和车身偏角预判等功能;最后,运用Python软件对采用不同齿轮传动比时智能车的运行速度及行进距离进行可视化仿真。结果表明：当齿轮传动比为6.3∶1时,利用由质量为1 kg、高度为（400±2）mm的砝码下落产生的重力势能转化的动能驱动智能车,可实现最优的行进距离。所设计的智能车能够实现直线行驶、自主识别和避让障碍物、加速爬坡、减速下坡等系列运动,其外观和成本等问题也已被充分考虑,满足了设计的预期要求。研究结果可为无碳小车的结构优化及控制提供参考。     

基于双模齿轮的大排量齿轮泵的流场可视化仿真研究

 研究双模组合齿形齿轮泵的流量、压力特性.通过将不同模数的齿轮叠加组合,设计双模数齿形的主、从动齿轮,以增加齿轮啮合过程中的容积变化量,提高齿轮泵的排量,利用Fluent 对齿轮泵内液压流场进行了仿真,得出齿轮泵在启动和稳定工作状态下流场压力分布云图、速度分布云图和速度矢量图,并据此分析了齿轮泵流场的流态.结果表明:同体积下双模齿轮泵的输出流量是普通齿轮泵的16～33倍,该齿轮泵中大齿将流场分成不同压力区,且大齿两侧流体压力差较大,齿顶间隙处液体流动速度较大,说明齿轮泵径向泄漏较为严重,在泵的入口处存在涡流现象,会产生压力冲击,影响齿面的使用寿命．     

渐开线直齿轮啮合功率损失研究

 基于齿轮啮合原理,建立了分析单齿啮合功率损失的模型和方法.首先,根据齿轮滑动摩擦和滚动摩擦的形成机理,建立了滑动和滚动摩擦功率损失比的模型,运用力学和几何学的方法推导出功率损失比计算公式;然后,编写了MATLAB程序,获得滑动摩擦和滚动摩擦功率损失沿着啮合线的变化趋势,分析了齿轮几何参数、传动比、载荷对齿轮滑动和滚动摩擦功率损失的影响;最后,在FZG齿轮试验机上测试了模数、压力角和齿数比对啮合功率损失的影响.研究结果为设计低功率损失的齿轮系统提供了依据．     

Meshing characteristics of spur gear pair under different crack types

The effects of three different gear crack types such as, for example, the crack along tooth width uniformly and the crack propagating in the depth direction (crack type 1, CT1), the crack along tooth width non-uniformly and the crack propagating in both the depth and the tooth width directions (crack type 2, CT2), and the spatial crack propagating in the depth, the tooth width and the tooth profile directions (crack type 3, CT3) on the time-varying mesh stiffness (TVMS) of spur gear pairs are investigated in this study. Firstly, an analytical model for studying these three types of cracks is established based on potential energy method. A finite element (FE) model of the cracked spur gear pair is also built in the ANSYS software as well. In order to verify the analytical method, the TVMS obtained from analytical method is compared with that obtained from FE method under different crack types. Moreover, the effects of the depth, the length and the height of crack are discussed. The equivalent stress, contact pressure and displacement of tooth are also analyzed under different crack types by using the FE method. The results show that the effect of crack depth on TVMS is the largest, while that of the crack height is the smallest, and the non-penetrating crack for CT2 and CT3 will generate the non-uniform load distribution along tooth width.     

面齿轮磨削齿面力热耦合及残余应力研究

根据面齿轮磨削残余应力的产生机理和Prandtl-Reuss方法,建立磨削表层热弹塑性力学本构关系;基于面齿轮磨削方法和Gleason接触原理,得出碟形砂轮磨削点接触椭圆方程参数、磨削力和磨削热流量的数学模型。构建面齿轮磨削单齿3D有限元模型,采用小步距移动法模拟磨削载荷的移动,仿真磨削温度场,得到磨削瞬态最高温度位于磨削接触弧中心区域。采用力热耦合间接法仿真分析了磨削表层残余应力,得出磨削齿面上为残余压应力,齿面里层为残余拉应力;随磨削深度和砂轮速度增大,齿面残余应力增加显著;但随展成速度增大,齿面残余应力增幅减小。采用X射线衍射法实验,对比分析了面齿轮磨削表层残余应力的实测值与仿真值,其相对误差最大值17.8%在精度控制范围内,说明力热耦合有限元分析残余应力有效,为改善面齿轮磨削质量提供了依据。     

Transmission efficiency of polyamide nanocomposite spur gears

Gears made of polymer and its composites find increasing application due to their superior properties. This paper reports the transmission efficiency of pristine polyamide 6 (PA6) and clay incorporated polyamide nanocomposite (PNC) spur gears. Numerical studies were conducted to predict the frictional and hysteresis power loss. A power absorption type gear test rig, developed in-house, was used to determine the power loss during transmission. The effect of applied torque on the transmission efficiency of PA6 and PNC spur gears are reported. Addition of nanoclay particles improves the stiffness and suppresses the viscoelastic nature of polyamide 6. The increase in gear tooth temperature due to hysteresis and friction, significantly affects the tooth shape, and thereby, the gear performance. The enhancement in mechanical properties of polyamide nanocomposite gears results in higher power transmission efficiency compared to pristine polyamide gear.     

小角度空间交错轴变厚齿轮传动的啮合动态特性研究

为揭示小角度空间交错轴变厚齿轮副的时变啮合特性与非线性动态特性,在精确几何建模的基础上,建立了空间小角度交错轴变厚齿轮传动时变啮合模型,获取其时变啮合刚度与时变传动误差;考虑外部载荷与侧隙变化的影响,采用集中参数法建立了齿轮传动非线性动力学模型,对其系统非线性特征进行了仿真。结果表明外部载荷的增加直接导致了齿轮副啮合刚度、传动误差、动态传动误差和动态啮合力的增加,同时啮合刚度的增加使得系统共振频率增加;侧隙的增加使得系统在轻载下出现与单边、双边冲击耦合的突跳现象,在重载下双边冲击区域变大,动态啮合力增加。     

基于负载与啮合特征的WN齿轮传动接触强度分析

为了探求WN齿轮传动的强度机理和失效原因, 依据WN齿轮负载传动时齿面的三维几何接触特征和弹性变形理论建立了接触强度分析模型,提出了基于WN 齿轮啮合特征的接触强度分析方法．根据啮合过程中齿面接触载荷、啮合齿轮副和接触点数的变化,利用有限元分析进行了各种状况下的齿面接触应力计算,明确了WN齿轮接触强度设计中的螺旋角、中心距误差、齿宽及重合度对最大接触应力的影响结果．研究发现,当中心距和重合度及螺旋角等变化时,WN齿轮与渐开线齿轮呈现出了完全不同的载荷特征和强度机理．     

A new method for preventing premature pitting formation on spur gears

Surface pitting of gear teeth flanks is one of the most common causes of operational failure of gears. Pitting is strongly influenced by the Hertzian stress. The Hertzian surface stress is at a maximum in the single tooth contact region. Decreasing the Hertzian surface stress in this region decreases pitting. Another way to decrease the stress in this region is to modify the tooth width. The aim of this study is to delay the formation of pitting in the single tooth meshing region by means of decreasing the Hertzian surface pressure by increasing tooth width. Experiments show that pitting appearance is delayed for the width-modified gear wheels with respect to the gears having no such modifications.