发动机起动电机驱动齿轮断裂原因分析

试车起动过程中起动电机发出异响,为了明确异响原因对其进行拆检,发现起动电机驱动齿轮的三个齿从齿根部断裂,其它齿的齿根部位出现不同长短的纵向裂纹。通过对故障驱动齿轮进行一系列的检测分析,结果表明:起动电机驱动齿轮断裂是由于紧固螺母拧紧未锁紧导致起动电机驱动齿轮松动,从而使驱动齿轮与飞轮齿圈啮合不稳,产生的冲击载荷过大,使得齿轮受到严重的冲击,啮合弯矩的作用下,在承受弯曲应力最大的危险截面齿根处产生了裂纹源,以至于在齿轮各个齿根部产生不同长短的裂纹,经过多次严重冲击后最终导致齿轮从齿根处过载断裂。     

运营工况下地铁齿轮箱斜齿轮齿根裂纹扩展路径与寿命预测

斜齿轮轮系是地铁车辆中主要采用的传动形式,齿根裂纹的进一步发展有可能引发轮齿断裂,从而极大地影响车辆安全运营。因此,齿根裂纹扩展机理的研究是斜齿轮服役性能保障的关键。文中针对地铁齿轮箱斜齿轮实际运用的工况进行了裂纹扩展路径与寿命预测的研究。首先通过Newmark时间积分方法对齿轮进行瞬态响应动力学分析,并与《GB/T3480.5—2008标准》计算得到的斜齿轮齿根危险截面处的最大弯曲应力进行比较,验证了模型的正确性。之后,使用XFEM(Extended Finite Element Method)方法对齿轮进行裂纹扩展研究,分析小齿轮的裂纹扩展路径及寿命。仿真结果表明地铁齿轮箱斜齿轮齿根弯曲疲劳的失效形式为Ⅰ型裂纹占主导地位的Ⅰ,Ⅱ混合型裂纹;裂纹产生于齿轮端面处,同时沿齿厚和齿宽方向扩展,沿齿宽方向的裂纹在扩展到一定长度时,裂纹扩展方向发生了变化;对含有初始裂纹长度为4 mm,宽度为2 mm且裂纹位置在轮齿端面的齿轮进行了裂纹扩展寿命分析,得到了该初始裂纹下的小齿轮循环寿命为16×10~5次。     

汽车后桥从动齿轮的失效分析

采用形貌观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试和有效硬化层深测量等方法,对某型号载重车后桥从动齿轮在运行中出现齿部断裂和齿面剥落现象进行了分析.结果表明:齿轮失效原因在于齿轮齿根部有较深的切削沟槽,导致齿根部应力加大,形成裂纹源,并产生高周疲劳引起齿根部断裂,进而波及其它齿产生断裂和剥落;同时也存在齿轮润滑油选用不当的...     

恒速传动装置齿轮断裂失效分析

飞机电源系统的恒速传动装置齿轮在装机使用124h后发生断裂失效;用体视显微镜、SEM、EDS等方法进行了分析,用硬度法测定了齿轮接触面的渗碳层深度。结果表明：差动齿轮先发生早期疲劳断裂,其原因是齿根处存在尺寸较大的氧化铝夹杂物,导致应力集中形成了裂纹源,再加上齿根部位渗碳时未形成有效硬化层,导致齿根处疲劳强度大大降低,致使裂纹扩展而断裂;随后输入齿轮发生过载断裂。     

恒速传动装置齿轮断裂失效分析

飞机电源系统的恒速传动装置齿轮在装机使用124 h后发生断裂失效;用体视显微镜、SEM、EDS等方法进行了分析,用硬度法测定了齿轮接触面的渗碳层深度。结果表明:差动齿轮先发生早期疲劳断裂,其原因是齿根处存在尺寸较大的氧化铝夹杂物,导致应力集中形成了裂纹源,再加上齿根部位渗碳时未形成有效硬化层,导致齿根处疲劳强度大大降低,致使裂纹扩展而断裂;随后输入齿轮发生过载断裂。     

重载传动齿轮失效模式分析

通过对履带式车辆重载传动齿轮在服役过程中常见的失效模式进行讨论,从齿轮弯曲疲劳、齿面接触疲劳和齿面磨损3种主要失效模式的失效机理进行了分析,明确了齿根和齿面更易出现损伤,裂纹扩展导致齿轮失效,导致传动装置失效,造成车辆出现故障无法行驶。阐述了喷丸和超声滚压等表面残余应力控制技术作用于齿轮的强化机理,残余压应力能够有效降低促使裂纹扩展的拉应力,明确了成熟稳定的喷丸和超声滚压设备及体系化的工艺设计,能够保证重载传动齿轮表面强化的工业化批量生产。     

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。     

圆柱齿轮的抗传动失效研究与设计

针对齿轮传动的需求特定.对圆柱齿轮的抗传动失效性能进行了分析,确立了齿轮失效的几种情况.分析了齿轮失效产生的原因,并给出了齿轮抗失效的设计原则.最后从圆柱齿轮材质、齿面接触强度和齿根弯曲强度三个方面详细分析了抗传动失效的措施,给出了齿轮强度计算公式.     

典型大型齿轮失效分析

根据典型大型渗碳淬火齿轮在磨削过程中出现裂纹的形态、数量以及分布特点,从渗碳淬火品质和磨削加工两个方面分析了磨削裂纹产生的原因,通过分析比较有磨削裂纹和无磨削裂纹处齿面的金相组织、有效硬化层深,得出致使局部出现磨削裂纹的主要原因是磨削前局部(出现磨削裂纹处的)齿形齿向出现了不规则变形(畸变高点),而磨齿校基准时,没有找到此畸变高点,导致在畸变高点附近的磨削切削量太大,且砂轮在靠近齿根处的线速度最大,致使在畸变高点附近的齿根处产生较大的拉应力,从而出现磨削裂纹.     

大模数齿轮断齿的修复

轮齿折断主要有两种: (1)弯曲疲劳折断 齿轮啮合时,轮齿相当于悬臂梁,齿根处弯曲应力最大,由于齿轮的转动,使轮齿多次重复受载,因而齿根处会产生疲劳裂纹,裂纹扩展,导致轮齿折断。 (2)过载折断 轮齿受到短时过载或冲击载荷,或者轮齿严重磨损减薄后,都可能发生过载折断。对于直齿圆柱齿轮,齿根裂纹一般从齿根沿齿向扩展,发生全齿折断。斜齿圆柱齿轮和人字齿轮,由于接触线为一斜线,因此裂纹往往从齿根沿斜线向齿顶方向发展而发生轮齿的局部折断。     

A study on the bending stress of the hollow sun gear in a planetary gear train

Generally, planetary gear type traveling reduction gear is composed of multiple planetary gear stages and has a hollow sun gear in the last stage planetary gear. In designing reduction gear, it is important to evaluate accurately the bending stress at the tooth root of the sun gear as the sun gear is the weakest component in the reduction gear system. Although bending stress can be calculated easily using gear standard codes such as the American Gear Manufacturers Association (AGMA) and International Organization for Standardization (ISO) 6336 for almost all gears, meticulous calculation is needed for the hollow sun gear because of its low backup ratio (rim thickness divided by tooth height) and comparatively large root fillet radius. In this study, a finite element analysis (FEA) is carried out to investigate the effect of rim thickness and root fillet radius on bending stress at the tooth root of the hollow sun gear. In standard codes, bending stress at the tooth root is calculated linearly with a constant slope for the backup ratio below 1.2. However, the effect of the rim thickness on bending stress is more complex in the planetary gear system. Bending stresses calculated by FEA with various backup ratios and root filler radii are compared with the bending stresses calculated by the standard codes.     

行星齿轮箱齿根应变的光纤光栅测量方法

针对行星齿轮箱故障诊断的需求,以及内齿圈齿根应变难以准确测量的工程实际问题,提出了一种光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)动态测量内齿圈齿根应变的方法。首先,通过理论分析,仿真计算得到了内齿圈齿根应变的分布曲线以及变化曲线;其次,研究了光纤光栅在非均匀应变场作用下的传感原理,从测点布置以及测量系统构建等角度分析了所提出的测量方法;最后,在行星齿轮箱实验台上开展了内齿圈齿根应变的测量实验。实验与仿真结果对比分析表明,利用所提出的测量方法获取的内齿圈齿根应变信号表现出明显的单、双齿交替啮合区间,且每个区间的范围以及各区间下齿根应变的大小与理论计算结果具有较好的一致性。与传统方法相比,该方法更加适用于行星齿轮箱内狭小空间下齿根应变的在线测量任务。     

大型风电液力机械传动装置的分析与研究

本文紧扣液力变矩器在新能源领域的应用主题,阐述可调液力变矩器和行星传动装置组成的液力机械传动装置在风电领域应用的可行性,并对液力机械传动装置进行了理论分析,着重分析了行星排运动动力学方程、内啮合行星减速部件功能、可调变矩器结构与功能、变速恒频原理,并且对液力机械传动装置的控制原理进行了分析.     

PHEV行星齿轮传动系统设计及仿真

分析了并联式混合动力电动汽车(PHEV)行星齿轮传动系统的设计条件,针对条件要求进行了配齿计算,选择了齿轮的主要参数.在并联式混合动力电动汽车启动加速阶段,利用Simulink软件建立了系统的转速关系、输出扭矩和功率的仿真模型,仿真得出系统的输出转速特性、功率分配特性和扭矩输出特性曲线.结果表明:设计的行星齿轮系统符合PHEV启动加速工作模式的动力分配性要求.     

基于FBG的齿根弯曲应力在线检测方法

根据国际标准化组织(international organization for standardization,简称ISO)和美国齿轮制造者协会(American gear manufacturers association,简称AGMA)关于渐开线圆柱齿轮强度的计算方法,在计算单个齿轮齿根弯曲应力时,可将轮齿简化为一悬臂梁。基于此,提出了一种齿根弯曲应力在线检测的新方法,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)的应变特性和齿轮传递扭矩时轮齿产生的挠度,将齿根弯曲应力的测量转化为光栅反射波长的测量,通过对反射波长的实时解调,能够实现对运行中齿轮的齿根弯曲应力进行实时在线检测。通过对一对渐开线圆柱尼龙斜齿轮进行分析,并在1~18N·m扭矩范围进行实验,结果表明该方法能够准确测量齿根的弯曲应力,灵敏度高达70pm/MPa,线性拟合度达0.99以上,且响应速度快。利用光纤光栅准确检测齿轮运行时的齿根弯曲应力,不但能够代入实际工况实现在线检测,同时对齿轮的设计和故障诊断具有指导意义。     

越野汽车双联非圆行星齿轮差速器的研究

提出了一种新型非圆行星齿轮差速器,将其应用于越野汽车分动器中,可以实现两输出轴扭矩变比例分配,相当于增大了差速器的锁紧系数,即增加了差速器的防滑功能,从而有望提高车辆的越野通过性。差速器结构紧凑,两个非圆中心齿轮形状完全相同,双联非圆行星齿轮形状一致,相位相差90°,采用三组双联行星齿轮实现均载,工艺性好。通过传动原理分析,给出了非圆齿轮节曲线的设计方法,并以渐开线齿形为例进行了设计计算及样机试制,差速器理论锁紧系数达到3.45。     

基于功率分流原理液力变矩器的改进及其传动基础特性研究

为有效地降低传动系统对变速元件的性能要求和提高动力变速传动系统的高效传动效率,在传统液力变矩器的基础上,拟配置行星齿轮机构作为分流式液力机械变速器的变速器件,通过对分流式液力传动系统的结构分析,结合具代表性的速比、效率以及负荷特性的理论分析,研究分流式传动系统基础特性的响应。结果表明,添加行星齿轮系的分流式传动系统的调速范围要比液力变矩器大的多;在液力变矩器工作的高效率速比区域,分流传动的效率始终优于液力变矩器传动;利用分流式传动系统可扩展系统工作区域、分散系统负荷特性、增强系统传递特性。充分验证该类型分流式传动系统开发的必要性。     

Life Distribution Transformation Model of Planetary Gear System

Planetary gear systems have been widely used in transportation, construction, metallurgy, petroleum, aviation and other industrial fields. Under the same condition of power transmission, they have a more compact structure than ordinary gear train. However, some critical parts, such as sun gear, planet gear and ring gear often suffer from fatigue and wear under the conditions of high speed and heavy load. For reliability research, in order to predict the fatigue probability life of planetary gear system, detailed kinematic and mechanical analysis for a planetary gear system is firstly completed. Meanwhile, a gear bending fatigue test is carried out at a stress level to obtain the strength information of specific gears. Then, a life distribution transformation model is established according to the order statistics theory. Transformation process is that, the life distribution of test gear is transformed to that of single tooth, and then the life distribution of single tooth can be effectively transformed to that of the planetary gear system. In addition, the effectiveness of the transformation model is finally verified by a processing method with random censoring data.     

基于层次分析法的行星齿轮传动多目标优化设计

传统的行星齿轮优化一般仅从最小体积出发,其最优解并未考虑对机构其他参数的影响.通过分析行星齿轮机构的多种性能指标,包括外形尺寸、体积、齿面接触强度和齿根弯曲强度,从机构总体最优出发建立模型,采用层次分析法进行多目标优化.结果表明该模型能有效的满足设计要求.     

双圆弧齿轮齿根应力的电测研究

本文的试验是用一片0.2毫米的电阻应变片在封闭流齿轮实验台上测量H-2型[5]双圆弧齿轮的齿根应力。测得了在不同载荷下受拉侧和受压侧的齿根应力沿齿长方向的分布曲线、“本齿”受载和“邻齿”受载所引起的齿根应力数值及应力和载荷的关系。可供双圆弧齿轮的强度计算及齿型设计的参考。