汽轮机紧固件淬火裂纹分析及改进措施

作为汽轮机紧固件,螺栓主要是承受拉应力,在应力松弛和高温长时间的应力集中条件下工作;同时由于与被联结部分不同的膨胀量或微小的不同心度,也能引起很大的弯曲应力。因此要求材料具有高的抗松弛能力、足够的强度、低的缺口敏感性,以及在高温工作时具有一定的持久强度和高温塑性,并且不允许出现淬火裂纹。     

齿轮强度设计几个问题的探讨

主要对齿轮强度设计在机械设计中容易忽视的问题进行探讨。研究了压应力对齿根弯曲应力的影响以及齿轮的失效、强度设计公式的历史沿革及现状,使设计人员在科研、生产或教学中了解我国目前有关齿轮强度设计的现状和来龙去脉。为从事齿轮设计研究或教学提供有益的参考材料,也有助于设计人员或学生加深对齿轮设计的理解及提高齿轮设计的水平。     

裂纹齿轮应力强度系数的有限元分析

应力强度系数是缺陷机构安全评定的必要参数,对裂纹尖端的应力应变与应力强度系数的关系进行研究,并依据断裂力学理论分析了裂纹齿轮应力强度系数与裂纹尺寸及裂纹形状的关系,建立了单个裂纹齿轮的有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析了裂纹齿轮在不同参数时的应力强度系数的变化特征。计算结果表明,在给定约束及载荷条件下,随着尺寸形状及位置参数变化,齿轮应力强度系数也不断变化,这些结果为研究齿轮疲劳折断提供了参考。     

高速圆锥齿轮动特性与可靠性分析

本文对某高速圆锥齿轮传动作了行波振动特性分析。用有限元方法计算了该齿轮的周有频率、离心应力、振动应力;采用改进的两流计数法对各阶振动应力进行数理统计、得到齿轮运行过程的等效应力方块图,再由齿轮材料强度的密度函数建立不稳定变应力的主力——强度干涉模型,用可靠性理论计算出该齿轮在超载疲劳试验载荷谱下的可靠度。     

海洋平台齿轮裂纹的应力研究

海洋平台的升降装置采用的是齿轮齿条传动方式,齿轮齿条的强度决定着海洋平台的安全性,由于齿轮长期承受周期性变化载荷,其根部易产生裂纹,故有必要对其在形成裂纹情况下应力及强度进行研究。基于Pro/E软件建立关于齿轮齿条的模型,然后导入Abaqus软件中进行接触强度研究,以探讨在裂纹宽度、深度、长度变化情况下齿轮的最大集中应力、齿轮与齿条的接触应力以及弯曲应力的变化情况。本研究结果可以为齿轮裂纹检测、齿轮裂纹故障诊断提供参考价值。     

齿轮强度的可靠性设计

齿轮强度的可靠性设计是从实际情况出发,将所涉及的工程变量如载荷,材料强度及齿轮的几何尺寸都看成是属于某种概率分布的统计量,应用概率论与数理统计及强度理论,推导出在给定的设计条件下轮齿不发生破坏的概率的公式,应用这些公式就可以在给定可靠度下确定零件的主要尺寸。可靠性设计准则为P(强度>应力)≡R(t)≥R (3)其中:P:为强度大于应力的概率;R:所需的可靠度;t:齿轮的使用寿命期的时间或循环次数。上式即表示强度超过应力的概率必须大于或等于预先规定的可靠度。     

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。     

基于BP神经网络的齿轮弯曲疲劳强度极限应力计算

针对齿轮弯曲疲劳强度极限应力计算繁杂、给齿轮强度验算和设计计算带来了很大不便的问题,提出了使用BP神经网络映射齿轮的弯曲疲劳强度极限应力近似算法,以便减少计算规模,提高齿轮设计及验算效率,其映射结果表明,使用该方法求齿轮的弯曲疲劳强度极限应力,是可行的和高效的,能够为齿轮的设计计算和强度验算提供方便。     

基于空间接触的齿根过渡曲线对齿轮弯曲强度影响分析

在齿轮基本尺寸不变的情况下提高渐开线齿轮强度是一个重要课题。提出一种基于实际物理力学模型的渐开线斜齿轮三维模型空间多齿对同时接触的分析方法,应用Pro/E软件,以齿根过渡曲线分别为典型的双圆弧和单圆弧的两对变位斜齿轮模型为研究对象,按照一定的啮合角度变化,得到全方位接触分析结果,确保齿根弯曲强度结果的较高可靠性。通过对两种齿轮齿根应力的比较得出结论:算例中过渡曲线为双圆弧的齿轮齿根应力约为单圆弧齿轮齿根应力的1.3～1.5倍。最后通过VB(Visual basic)语言对Catia软件进行二次开发的方式仿真加工出上述两种齿轮模型,并在相同条件下进行有限元分析。在仿真加工出齿轮模型的齿根过渡圆弧曲率半径不完全一致的情况下,其齿根应力也满足1.3～1.5倍的结论。该分析方法可为齿根单圆弧齿轮的推广与应用提供基础支持。     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

弹流应力用于齿轮强度设计的研究

研究用弹流应力取代Hertz应力进行齿轮强度设计。给出了基于弹流应力拟合公式的齿轮接触强度设计公式,研究了各种因素对设计结果的影响,并和基于Hertz应力的设计结果进行了对比。结果表明,和Hertz应力一样,弹流应力也完全可以作为齿轮强度设计的依据;基于弹流中心应力拟合公式的设计结果和基于Hertz应力公式的设计结果非常接近,但在高速工况时,由于弹流二次应力峰远大于中心应力,应将弹流二次峰应力作为接触强度设计依据。     

双轴跟踪装置方位角齿轮传动系统接触强度分析

设计了一种内置式碟式太阳能方位角跟踪装置,建立了其方位角齿轮传动系统的UG三维模型,分析并确定了相应的约束条件及风载作用下系统的载荷,基于ANSYS Workbench仿真环境对齿轮传动系统进行了有限元分析,得到了齿轮传动系统的整体应力分布状况及其他重要特性,并用赫兹理论进行了验证。结果表明:通过有限元分析该齿轮传动系统最大应力为408.29 MPa且出现在惰轮齿轮啮合处,在齿根过渡曲线附近也存在明显应力集中,而蜗轮蜗杆所受应力波动较大,并利用赫兹理论对齿面接触强度进行分析计算并对有限元结果进行了验证。所作研究为双轴跟踪装置齿轮传动系统的设计及动态分析提供了一定的参考和依据。     

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。     

提高螺旋锥齿轮加工质量的研讨

螺旋锥齿轮加工质量不稳定,是机械制造中的一个难题。特别是用于载重汽车、拖拉机、铲运车、采煤机及井下其他采掘设备等工程机械上用的螺旋锥齿轮。这类齿轮传动比较大,工作条件比机床齿轮要繁重得多,要求耐磨性、疲劳强度、心部硬度和冲击韧性等方面比机床齿轮高。由于载荷重、冲击大,多采用20CrMnTi、20CrMnMo或18CrMnNiMoA等低碳合金钢进行渗碳(或碳氮共渗)淬火的工艺,热处理后对齿轮表面采用喷丸处理(冷作硬化)来消除危险区中的拉伸应力,而形成相当大的压缩应力,以增加齿轮的强度。但由于这类齿轮在热处理中变形较大,使得齿     

陶瓷的高温切削

陶瓷,特别是近年来引人注目的新陶瓷或细陶瓷的效率化切削加工,目前取得成功之例甚少,这是由于陶瓷所具有的“硬度”及“脆性”,阻碍着陶瓷的切削加工。最近,笔者在研究室进行了高温切削陶瓷的试验。虽然还在准备实验的阶段,但得到的结果表明,其成功的可能性相当大。介绍如下:陶瓷之所以难切削,原因就在于它的硬度和脆性,而这两点都可以在高温条件下大幅度得到改善。图1是几种细陶瓷材料,在高温条件下强度变化     

基于SolidWorks的双圆弧圆柱齿轮设计系统

为了避免双圆弧圆柱齿轮设计和校核的复杂性问题,减少齿轮绘制和计算时间,针对双圆弧圆柱齿轮,建立了基于其啮合原理的数学模型。在VB环境下设计了基于SolidWorks的双圆弧圆柱齿轮的设计系统,实现了圆弧齿轮的参数设计和三维自动化建模、齿轮齿面接触强度校核以及齿轮齿根弯曲强度校核四种功能。最终将系统设计的双圆弧齿轮在ANSYS Workbench中进行接触疲劳分析,分析云图显示齿轮应力为226.85MPa,符合齿轮材料设计要求,验证了设计系统的可行性。     

Y10T输出齿轮轴的感应淬火

齿轮在传递动力及改变速度的运动过程中,啮齿面之间既有滚动,又有滑动,而且齿轮根部还受到脉动或交变弯曲应力的作用。因此,齿面和齿根表面处需要一定强度和硬度,以防止齿轮在不同应力作用下失效。而对齿轮进行表面感应淬火,可以使得齿顶耐磨性及齿根抗弯曲疲劳强度都得到提高。     

设计塑料齿轮时需考虑的几个问题

目前,在齿轮的一些应用领域中,有用塑料齿轮替代金属齿轮的发展趋势。而塑料齿轮的设计者,大都是原来从事金属齿轮设计的技术人员。由于他们缺乏设计和使用塑料齿轮的经验,往往根据已有的设计金属齿轮的经验设计塑料齿轮,事实证明这是行不通的。由于材料特性、制造工艺的差异,以及承载性能的不同,塑料齿轮在设计上也就不同于金属齿轮。 [1] 材料 选择塑料齿轮的材料时除了考虑冲击强度、拉伸强度和成本等外,还必须考虑吸湿性。目前常用的两种塑料齿轮材料是尼龙和乙缩醛,两者都抗化学腐蚀,可用油或油脂作润滑剂;使用时通常是由这两种材料制作的齿轮组成齿轮副,因为这比单种材料的齿轮组成齿轮副的摩擦系数小,基本上不需外加润滑。如果采用一种材料,需加少量油或油脂进行润滑。     

齿轮可靠性设计讲座(二)——齿轮强度的概率设计

本讲主要介绍齿轮强度概率设计的基本理论和计算方法,并举例说明其应用。 1.齿轮概率设计的特点与内容齿轮概率设计又称齿轮可靠性设计,它以常规设计公式为基础,在保证实现齿轮功能的条件下将可靠度(或限定的失效概率)作为设计目标的一种设计方法。在计算方法上,它依据概率统计理论,将设计公式中的一些随机因素,例如齿轮的极限应力、工作应力、寿命和结构尺寸等都用统计的方法进行处理,从而在设计过程中能更好地考虑齿轮实际工作能力的     

基于UG仿真的插齿刀齿顶圆角设计

齿轮齿槽根部圆角由插齿刀的齿顶包络而成,以往汽车齿轮和通用齿轮对圆角的要求不高,但随着人们对所用装备体验感不断提升,提高了对制造技术水平要求,齿轮作为传递运动和动力的关键部件,不仅要传递动力,还要求啮合过程稳定、强度高以及噪音低等,齿轮齿槽根部的圆角对齿轮应力有重要影响,而且齿根应力是齿根疲劳裂纹扩展的重要影响因素,因此为保证齿轮传动装备更高的安全性和稳定性,对齿轮齿根圆角的控制要求越来越严格。本文利用UG软件的建模及仿真功能,研究分析了不同变位系数插齿刀对齿轮齿槽圆角的影响。