直齿圆锥齿轮传动的可靠性优化设计

本文运用可靠性设计理论和最优化设计技术,提出了直齿圆锥齿轮传动的可靠性优化设计方法。文中以标准直齿圆锥齿轮传动设计为例,建立了直齿圆锥齿轮传动的可靠性优化设计数学模型,最后给出了设计实例。     

齿轮接触疲劳累积损伤的概率模型

针对某型飞机前缘缝翼齿轮传动机构,在S-N曲线和线性累积损伤理论的基础上,推导出齿轮接触的可靠性疲劳寿命计算公式;为了从整体上把握基本随机变量对寿命分析中响应功能函数分布的影响程度,进行了各个变量全局灵敏度的计算,为齿轮的优化设计和可靠性设计提供了有效的理论指导。     

直齿圆锥齿轮传动的优化设计

一、前言本文介绍直齿圆锥齿轮传动的计算机辅助设计和优化设计的基本原理、方法。给出了有关的流程图并附设计实例和计算结果。二、直齿圆锥齿轮传动设计计算程序的结构及其主要功能 (一)直齿圆锥齿轮传动设计计算程序由十一个子程序组成:     

齿轮接触疲劳可靠度的计算方法

本文用一个新的基本观点——把齿轮接触疲劳失效处理成随机事件,以这个随机事件为研究对象,用齿轮接触疲劳的疲劳累积损伤强度K_j和总疲劳损伤量D_j来描述接触疲劳失效随机事件,得出用概率描述的接触疲劳的疲劳累积损伤模型。用这个计算模型,提出了计算齿轮接触疲劳可靠度的方法。     

仿人按摩机器人手臂的直齿圆锥齿轮建模与运动学仿真

传动机构是仿人按摩机器人手臂的关键部分,结合仿人按摩机器人手臂的特点采用直齿圆锥齿轮传动方式,设计了仿人按摩机器人手臂的传动机构。运用SolidWorks三维建模软件,结合直齿圆锥齿轮齿廓渐开线方程,完成了直齿圆锥齿轮实体造型并实现了模型的参数化。利用ADAMS软件对建立的直齿圆锥齿轮模型进行运动学仿真分析,为齿轮的设计改进以及间隙调整提供了参考依据。实践证明,SolidWorks与ADMAS相结合的方法提高了齿轮的设计效率和传动精度。     

用虚拟变位原理研究锥齿轮传动的法向侧隙问题

应用虚拟变位原理,论述了渐开线直齿圆锥齿轮传动当轴线夹角艿略变大造成大端略有分离时,大端法向侧隙计算的理论基础,导出了各种较为实用的直齿圆锥齿轮传动大端法向侧隙计算公式,供锥齿轮传动的理论研究及设计之用.     

疲劳损伤累积理论的一种新表达方法

从疲劳损伤累积的Miner理论出发,定义了应力循环的一次循环的疲劳损伤量δ和零件的疲劳损伤累积强度K。据此二个定义,建立了一种疲劳损伤累积理论的新表达方法。在进行常规疲劳计算时,这个方法同Miner理论完全一样,但具有计算更方促的特点。在进行疲劳损伤累积可靠性计算时,可以很方便地进行等幅、变幅及随机变幅应力的疲劳损伤累积可靠性计算,解决了目前难于进行可靠度计算及可靠性寿命计算的问题。     

某兆瓦级风电齿轮疲劳寿命分析及可靠度计算

针对当前兆瓦级风电齿轮增速箱在风电机组中损坏率较高的问题,提出了一种新的、有效的风电齿轮可靠度计算方法。以某2.0MW风电齿轮箱中的太阳轮为研究对象,运用有限元分析软件分析其接触疲劳寿命,根据受到随机变幅接触疲劳载荷作用时循环次数对可靠度的影响,建立齿轮疲劳累积损伤计算模型,结合等效正态分布法求得其可靠度。此方法考虑了疲劳累积的影响,得到的结果相对于传统方法更符合实际变载荷工况,为风电齿轮传动系统的可靠性优化设计提供了理论依据,具有工程应用价值。     

齿轮弯曲疲劳可靠度的计算方法

用一个新的基本观点－把齿轮弯曲疲劳失处理成随机事件，以这个随机事件为研究对象，用齿轮弯曲疲劳的疲劳损伤强度ＫＷ和总疲劳损伤量ＤＷ描述弯曲疲劳失效随机事件，得出用概率描述的弯曲疲劳的疲劳累积损伤模型，用这个计算模型，提出了计算齿轮弯曲疲劳可靠度的计算方法。     

基于疲劳失效的行星齿轮减速器时变可靠性分析

随着科技革新与社会发展,对行星齿轮减速器的可靠性要求越来越高。行星齿轮减速器运行过程中存在疲劳因素,会导致可靠度发生变化。针对这一问题,首先,根据应力-强度干涉理论,构建行星齿轮减速器在疲劳失效（主要是齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效）下的时变可靠性模型;其次,结合单调性定理,将时变可靠性模型简化,利用Matlab编程,求解了行星齿轮减速器的可靠度;对时变可靠性模型的各变量进行了灵敏度分析;最后,以PM90精密行星齿轮减速器为例,分别得到基于疲劳失效下的可靠度和各变量的灵敏度,阐述了在接触疲劳失效和弯曲疲劳失效下的可靠性时变规律,为行星齿轮减速器的时变可靠性分析奠定了基础。     

Design optimization of a wind turbine gear transmission based on fatigue reliability sensitivity

Fatigue failure of gear transmission is one of the key factors that restrict the performance and service life of wind turbines. One of the major concerns in gear transmission under random loading conditions is the disregard of dynamic fatigue reliability in conventional design methods. Various issues, such as overweight structure or insufficient fatigue reliability, require continuous improvements in the reliability-based design optimization (RBDO) methodology. In this work, a novel gear transmission optimization model based on dynamic fatigue reliability sensitivity is developed to predict the optimal structural parameters of a wind turbine gear transmission. In the model, the dynamic fatigue reliability of the gear transmission is evaluated based on stress–strength interference theory. Design variables are determined based on the reliability sensitivity and correlation coefficient of the initial design parameters. The optimal structural parameters with the minimum volume are identified using the genetic algorithm in consideration of the dynamic fatigue reliability constraints. Comparison of the initial and optimized structures shows that the volume decreases by 3.58% while ensuring fatigue reliability. This work provides new insights into the RBDO of transmission systems from the perspective of reliability sensitivity.     

20CrMnTi硬齿面齿轮弯曲疲劳试验分析

为了获得20CrMnTi材料齿轮的弯曲疲劳特性,基于Miner线性损伤累积假设理论,利用疲劳试验机,采用疲劳极限快速测定法,较快地得出被测齿轮的弯曲疲劳极限应力值,能为齿轮设计时提供准确的弯曲疲劳极限应力值.     

齿轮弯曲疲劳寿命及可靠性分析研究

齿轮是传动系统中的关键部件,对其疲劳寿命及可靠性研究非常重要.采用了名义载荷法完成齿轮疲劳寿命的估算并对其可靠性进行研究.将齿轮材料属性定义为结构钢,给定齿轮工作载荷谱,并基于疲劳损伤理论Miner,完成时齿轮疲劳寿命的研究.     

高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性研究

为分析高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性，对构架疲劳关键测点进行动应力线路实测并对测点实测时域数据波形进行解析；基于实测应力时间历程及雨流计数法编制二维应力谱，利用Goodman等寿命方程将二维应力谱等效转换为一维应力谱；阐述线性累积损伤及非线性累积损伤模型的建立方法并对实测数据的线性累积损伤及非线性累积损伤进行了计算及对比分析；分别基于线性累积损伤理论及非线性累积损伤理论推导出各理论下的等效应力，基于实测数据对两种等效应力进行了计算及对比分析；通过结合非线性累积损伤及线性累积损伤理论计算的等效应力及不同可靠度下的材料S-N曲线计算并对比分析构架结构的疲劳寿命。研究结果表明，与非线性疲劳分析理论相比，线性疲劳分析理论对高速列车转向架构架的疲劳特性评估偏于保守。     

基于层级有限元法的大型航空行星机构可靠性优化设计

大型航空行星机构作为多种重型航空器传动系统的基础与核心,它的可靠性水平在很大程度上制约着航空器的经济可承受性与服役安全性。将某型号重型直升机行星机构作为研究对象,以保证和提高该系统的疲劳可靠性水平为目标,利用层级有限元法计算系统全局弹性行为耦合作用下的轮齿疲劳载荷历程,并基于齿轮低周疲劳试验与最小次序统计量转化方法拟合出轮齿概率疲劳强度,为系统可靠性预测模型提供经济有效的载荷与强度输入变量。据此,建立从大型航空行星机构关键结构要素到系统可靠性指标的映射路径,提出可靠性驱动的行星机构结构尺寸多目标优化设计新方法。最后,分析了内齿圈轮缘厚度与行星架基板厚度对行星轮系疲劳可靠性的影响规律,并得到了指定型号的大型航空行星机构的轮缘与基板尺寸最佳刚度匹配结果,最大限度地发挥了核心结构要素的刚度潜力,以此平衡大型航空行星装备在可靠性与轻量化要求之间的矛盾。     

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。     

Nonlinear cumulative damage model for multiaxial fatigue

On the basis of the continuum fatigue damage theory, a nonlinear uniaxial fatigue cumulative damage model is first proposed. In order to describe multiaxial fatigue damage characteristics, a nonlinear multiaxial fatigue cumulative damage model is developed based on the critical plane approach. The proposed model can consider the multiaxial fatigue limit, mean hydrostatic pressure and the unseparated characteristic for the damage variables and loading parameters. The recurrence formula of fatigue damage model was derived under multilevel loading, which is used to predict multiaxial fatigue life. The results showed that the proposed nonlinear multiaxial fatigue cumulative damage model is better than Miner’s rule.     

行星齿轮传动接触疲劳强度的模糊可靠性设计

本文以渐开线行星齿轮传动为研究对象,综合运用了模糊数学理论和可靠性设计方法,建立了模糊可靠性的数学模型及其计算公式,探讨了齿轮设计中模糊变量与随机变量同时存在时的接触疲劳强度可靠性设计方法,并给出了计算实例。其结果表明了模糊可靠性设计的可行性和实用性。     

考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。