斜齿轮疲劳点蚀故障动力学仿真与诊断研究

齿面点蚀是斜齿轮的主要故障之一。不同齿面及不同程度的点蚀故障诊断需要大量的实验数据支撑。提出一种仿真与实验相结合的方法，对斜齿轮齿面点蚀程度和数量进行故障识别。建立了单齿面点蚀和多齿面点蚀等不同点蚀故障类型的斜齿轮动力学模型，对动态响应信号进行包络谱分析，得到了不同点蚀故障类型时域和频域的特征响应规律。对齿轮接触疲劳实验振动信号进行特性分析，验证了斜齿轮点蚀故障动力学模型的准确性。结果表明，齿轮点蚀故障动力学模型可以对单齿面不同点蚀程度和多齿面点蚀进行诊断识别，为传动齿轮故障诊断与健康预测提供诊断依据。     

点蚀缺陷对直齿圆柱齿轮工作应力影响规律的研究

齿面点蚀是造成齿轮传动系统噪声和振动的主要原因,建立了含有椭球型点蚀缺陷的直齿圆柱齿轮实体模型,采用有限单元法分析了这类齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力,并与无缺陷齿轮进行对比分析。结果表明:在同样的载荷作用下,点蚀坑附近的齿面接触应力与齿根弯曲应力相较于无缺陷轮齿的对应应力会分别增大约130%和30%,且沿齿宽方向应力分布不均匀性显著增大。     

点蚀缺陷对齿轮接触应力的影响研究

齿面点蚀是闭式齿轮传动常见的一类失效形式。采用ANSYS Workbench 17.0瞬态动力学模块对含有不同直径点蚀缺陷的直齿圆柱齿轮进行了齿面接触应力有限元模拟,研究了随着点蚀直径的增大齿面最大接触应力的变化规律,得出了一些有意义的研究结果。     

点蚀缺陷对直齿圆柱齿轮齿面接触应力的影响研究

齿面点蚀是闭式齿轮传动常见的一类失效形式。采用ANSYS Workbench 17.0的瞬态动力学模块对含有不同数量点蚀缺陷的直齿圆柱齿轮进行了齿面接触应力有限元模拟,研究了含有不同数量点蚀缺陷的齿面接触应力分布规律,分析了点蚀缺陷对齿轮齿面最大接触应力发生位置及大小的影响规律,得出了一些有意义的研究结果。     

标准直齿圆柱齿轮传动接触强度计算的研究

针对渐开线齿轮传动接触强度计算方法的不同,对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动的接触强度计算进行了研究.发现以节点作为接触应力计算点的接触强度计算方法误差较大,埋下齿面早期点蚀的隐患较大.隐患大小与模数无关,而与小齿轮齿数和两轮齿数比有关.当齿数比一定,小齿轮齿数越少,或当小齿轮齿数一定,两轮齿数比越大,则齿面最大接触应力与节点处接触应力的应力比就越大,造成齿面早期点蚀的隐患越大.绘制了渐开线外啮合标准直齿团柱齿轮传动的应力比随两轮齿数比和小齿轮齿数的变化曲线,利用应力比对以节点作为接触应力计算点的接触强度计算公式进行了修正,可实现既精确又简便的接触强度计算.     

点蚀对弧齿锥齿轮传动误差影响的研究

点蚀作为弧齿锥齿轮的主要失效方式,研究其对弧齿锥齿轮传动性能的影响对齿轮故障诊断具有重要意义。根据弧齿锥齿轮传动误差的定义,运用Abaqus软件分别分析了不同位置、不同载荷下点蚀对弧齿锥齿轮传动误差的影响。研究发现载荷越大,点蚀对传动误差的影响范围越大,无点蚀齿面和有点蚀齿面的传动误差绝对值增大;当点蚀位置啮合至节平面附近时,传动误差值与理想齿面的传动误差差值达到最大;点蚀位置越靠近小端,其对传动误差的影响越小。     

面齿轮传动系统点蚀故障动态响应分析

为揭示面齿轮传动系统在齿面点蚀条件下的动态特性，提出了基于面齿轮理论齿面的点蚀齿面表达方法，建立点蚀面齿轮有限元模型，采用有限元法计算面齿轮副啮合刚度，研究了点蚀面积对啮合刚度的影响规律。建立面齿轮传动系统动力学模型，从时域、频域及时频域角度分析了不同点蚀面积下传动系统的动态响应。结果表明：齿轮副啮合刚度随点蚀面积增大而减小，当多个轮齿出现点蚀，啮合刚度降低速率增大；圆柱齿轮加速度响应有明显的周期性冲击现象，故障振动信号的频谱中出现了以啮合频率为中心的调制边频带，通过时频谱推导出含点蚀轮齿的位置范围，信号的脉冲因子及裕度因子的增长速率较大，对点蚀故障敏感；研究结果为含早期微小点蚀面齿轮传动系统的故障诊断提供理论依据。     

点蚀对弧齿锥齿轮传动误差影响的研究

点蚀作为弧齿锥齿轮的主要失效方式,研究其对弧齿锥齿轮传动性能的影响对齿轮故障诊断具有重要意义。根据弧齿锥齿轮传动误差的定义,运用Abaqus软件分别分析了不同位置、不同载荷下点蚀对弧齿锥齿轮传动误差的影响。研究发现载荷越大,点蚀对传动误差的影响范围越大,无点蚀齿面和有点蚀齿面的传动误差绝对值增大;当点蚀位置啮合至节平面附近时,传动误差值与理想齿面的传动误差差值达到最大;点蚀位置越靠近小端,其对传动误差的影响越小。     

考虑表面粗糙度的面齿轮齿面接触应力分析

根据齿轮啮合原理,得出了面齿轮的齿面方程,求得面齿轮齿面曲率。结合赫兹接触理论,推导了点接触面齿轮传动接触点的接触应力及应力沿齿面的分布规律,从齿根到齿顶,齿面接触应力先增大后减小,在靠近齿面中点处达到最大值。由粗糙表面接触理论,分析了面齿轮齿面微观弹塑性变形时的接触面积,并得到粗糙齿面接触时面齿轮齿面接触应力及其分布。对比分析了几种不同粗糙度条件下面齿轮齿面接触应力的变化规律,结果表明:齿面接触应力随表面粗糙度的增大而增大,与齿根处相比,齿顶接触应力受表面粗糙度影响更大。文中的分析可为面齿轮磨损及润滑机理的研究提供依据。     

疲劳点蚀斜齿轮动力学仿真预测与故障识别试验研究

斜齿轮是汽车变速器的核心传动零部件,齿面点蚀是影响汽车变速器传动平稳与可靠性的主要故障形式之一.通过冲击函数法,接触线百分比法和齿轮系统动力学理论,建立了不同点蚀类型的斜齿轮系统动力学模型,分析了点蚀斜齿轮系统的动态响应.同时,通过齿轮疲劳点蚀试验,获得了不同点蚀程度齿轮振动加速度信号,并通过快速傅里叶变换(Fast Fourier transformation,FFT)分析,得到了不同点蚀程度对齿轮振动加速度的时域和频域特征变化规律,验证了动力学模型的准确性.结果 表明,运用动力学方法分析斜齿轮系统动态响应可以对斜齿轮点蚀程度和点蚀形式进行预测和识别.     

Spur Gear Tooth Pitting Propagation Assessment Using Model-based Analysis

Tooth pitting is a common failure mode of a gearbox. Many researchers investigated dynamic properties of a gearbox with localized pitting damage on a single gear tooth. The dynamic properties of a gearbox with pitting distributed over multiple teeth have rarely been investigated. In this paper, gear tooth pitting propagation to neighboring teeth is modeled and investigated for a pair of spur gears. Tooth pitting propagation effect on time-varying mesh stiffness, gearbox dynamics and vibration characteristics is studied and then fault symptoms are revealed. In addition, the influence of gear mesh damping and environmental noise on gearbox vibration properties is investigated. In the end, 114 statistical features are tested to estimate tooth pitting growth. Statistical features that are insensitive to gear mesh damping and environmental noise are recommended.     

基于MW级风力机齿轮啮合的有限元分析

随着风力机制造量级越来越大,传动扭矩增大,齿轮的设计越来越重要,否则齿轮很快出现疲劳点蚀导致损坏。运用有限元方法对MW级风力机齿轮进行参数化APDL精确建模,建立一对啮合齿轮模型,然后进行网格划分,生成有限元模型,计算齿轮啮合时的接触应力和弯曲应力。并和GB/T3480-1997接触应力理论公式比较,验证了有限元方法的正确性,同时得出齿轮接触应力分布和最大应力产生的部位及弯曲应力比接触应力小的多。从而为风力机齿轮的设计提供不同材质、不同型线的快速研究提供可能,同时为齿轮的设计提供依据。     

不同重合度非圆齿轮设计及弯曲应力分析

非圆齿轮传动具有广泛的应用场景。针对非圆齿轮传动,采用齿轮啮合原理和材料力学等原理及方法,提出了大重合度非圆齿轮设计方法。探讨了非圆齿轮传动原理和节曲线构建方法,计算了其节曲线曲率半径和重合度方程。建立了不同重合度非圆齿轮轮齿时变啮合刚度与载荷分配率计算模型,推导了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力方程。探讨了不同结构参数下非圆齿轮副重合度、时变啮合刚度、时变载荷分配率及齿根弯曲应力变化规律,确定了轮齿所受最大载荷位置。开展了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力仿真分析和实验测量,与理论计算结果进行了对比分析,最大误差分别约为4.8%和5.9%,验证了理论方法的合理性与正确性,为大重合度非圆齿轮传动的工程应用奠定了基础。     

齿轮仿生织构特征设计及有限元分析*

为降低齿轮啮合界面摩擦,提升齿轮传动性能及寿命,基于仿生摩擦学和有限元仿真技术,通过研究齿面织构特征对齿面应力的影响规律,合理设计了齿面织构特征参数,包括仿生织构的形状、尺寸、密度、分布形式等。仿真结果表明:仿生沟槽宽度对齿面应力影响较大,沟槽深度、沟槽间距及沟槽与齿顶距离对齿面应力影响较小;沟槽深度的增加会导致齿面应力的降低;随着齿轮传递扭矩的增大,织构齿轮和光滑齿轮齿面应力均表现出明显增大的趋势,但相同条件下,织构化齿面的接触应力明显高于光滑齿面。     

齿轮故障对直齿轮副时变啮合刚度的影响研究

提出了一种基于计算机仿真的解析法,用于量化齿轮副在不同齿轮故障情况下的时变啮合刚度。齿轮故障在影响齿轮副传动的同时往往也伴随着刚度的降低,时变啮合刚度是状态监测和啮合齿轮副动态特性描述的一项重要参数,势能法是计算时变啮合刚度最常用的分析方法之一。采用势能法研究了含裂纹齿轮、断齿和齿面剥落等3种故障情况对于齿轮啮合刚度的影响。结果表明,由于齿轮故障的存在,导致了时变啮合刚度的降低,进而影响了直齿轮副的振动响应。     

渐开线蜗杆传动的动态接触分析

根据渐开线蜗轮、蜗杆齿面方程,运用MATLAB和SolidWorks对蜗杆、蜗轮进行三维建模,并将装配体导入ANSYS中进行动态接触分析。将模型导入动力学分析软件ADAMS中,研究蜗轮、蜗杆之间的啮合力变化。研究表明渐开线蜗杆副在啮合时不同位置应力变化较大,且蜗杆副正常啮合时的啮合力最大值出现在蜗轮、蜗杆轮齿初始啮合区域,为蜗杆副的优化设计提供了一定的理论依据。     

准双曲面齿轮的修正节锥设计方法及切齿试验

为了提高准双曲面齿轮的强度和耐磨性,提高准双曲面齿轮的使用寿命,提出准双曲面齿轮的修正节锥设计方法。在不改变大轮外径和中点工作齿高的的情况下,令大轮的齿顶高系数fa≤ ,从而可以导出新的节锥参数,此时新的节锥与面锥重合或在准双曲面齿轮实体之外。利用齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)和有限元法(FEM),分析齿轮副的啮合性态、齿面接触应力、齿根最大拉伸应力和齿根最大压缩应力。计算机模拟显示,采用修正节锥设计方法设计的准双曲面齿轮的齿面接触应力、齿根最大拉伸应力和齿根最大压缩应力显著减少,采用修正节锥设计方法设计的准双曲面齿轮在加工过程中可用一般的刀具,不需要特殊的工具。     

矿用减速器斜齿轮副动态啮合仿真分析

利用大型有限元分析软件ANSYS建立了某矿用减速器变位斜齿轮副多齿对啮合的有限元非缌性接触分析模型.基于该模型,对齿轮副进行了在一定工况下的动态啮合仿真分析,得出瞬态啮合时轮齿的接触状态、接触应力、齿根弯曲应力以及主从动齿轮的转矩、转速随啮合位置变化的规律符合实际啮合规律,同时得到最恶接触位置,并在此位置进行了静态接触强度分析.分析结果表明,动态啮合仿真能够真实反映轮齿的接触状态、接触应力以及齿根弯曲应力的动态变化,静态接触分析进一步验证动态啮合分析的可靠性,也为疲劳寿命分析提供了依据.     

81型双圆弧齿轮的齿根应力公式

本文用微型电阻应变片在中心距为120mm的封闭功率流齿轮实验台上测得经过充分跑合的JB2940-81型双圆弧齿轮的受拉侧及受压测的齿根应力,测得应力随载荷及螺旋角的变化关系,并将测得的数值分析写成应力公式,可作为该齿型双圆弧齿轮齿根弯曲强度计算的基本公式。还测得双圆弧齿轮在啮合过程中邻齿受载对本齿应力的迭加影响和本齿两个接触迹引起的应力迭加影响,这些规律可作为设计新齿形时选择齿型参数的参考。     

核电循环泵行星齿轮热弹流润滑研究

核电齿轮箱的良好润滑性能是核电循环泵可靠运行的重要保障,充分考虑齿面形貌和齿廓修形等因素对内/外啮合齿轮副的影响是准确评估其润滑特性的前提。建立典型工况下核电循环泵行星传动系统斜齿轮热弹流润滑模型,首先将斜齿轮副的啮合状态几何等效为圆锥滚子的接触问题,然后考虑斜齿轮接触变形和齿廓偏差,计算得到内/外啮合齿轮副接触区域不同位置的油膜厚度、承载压力、摩擦应力和闪温等参数。考虑齿面磨合作用,采用移动平均滤波方法对未经磨合的初始形貌进行光滑处理,分析了齿面形貌对润滑行为的影响,最后采取齿廓修形改善润滑特性。结果表明：粗糙度和齿廓修形均会对润滑特性产生明显的影响,齿面粗糙形貌会造成油膜厚度减小,进而影响其润滑特性,弱化润滑油膜的承载能力;通过齿廓修形可以改善齿轮啮合边界处的几何过渡,降低该区域的应力集中和表面温度,从而明显改善啮合线终端的润滑状态。