飞行汽车齿轮传动系统动态可靠性分析

飞行汽车作为面向未来城市空中交通的新型交通工具,具有智能、高效和便捷的特点.齿轮传动作为飞行汽车动力传输的关键部件,其安全性与可靠性已成为制约飞行汽车发展的难题.但目前针对飞行汽车齿轮传动系统的可靠性分析方法缺失,现有齿轮传动设计方法未能考虑强度退化与失效相关性对系统可靠性的影响,存在潜在失效风险.因此,基于应力-强度干涉理论,建立了考虑强度退化与失效相关性的某飞行汽车齿轮传动系统动态可靠性分析模型;根据飞行任务剖面图建立载荷谱,并获得了齿轮接触与弯曲应力,通过Goodman准则将齿轮脉动循环应力历程等效为对称循环应力,以匹配基于S-N曲线的疲劳损伤计算;基于非线性疲劳累积损伤理论,建立了齿轮强度退化模型,并通过Copula函数描述了传动系统中的失效耦合相关性;结合应力-强度干涉理论,阐述了飞行汽车齿轮传动系统可靠性演化规律,为飞行汽车齿轮传动系统动态设计与可靠性优化奠定了基础.     

润滑和载荷状态对聚甲醛齿轮服役性能的影响

基于齿轮耐久性能试验台开展了一系列干接触/油润滑下POM(聚甲醛)-POM齿轮副承载能力试验,并测量了服役过程中的轮齿温度、磨损量、齿廓精度和齿面形貌。试验发现,POM齿轮失效形式与载荷和润滑方式有关。通过对齿面微观形貌和磨屑表征,确认干接触下POM齿轮主要磨损模式为黏着磨损与磨粒磨损,而油润滑下POM齿轮失效形式为接触疲劳失效。由于润滑油减少了齿面摩擦,降低了运行温度,延缓了齿面劣化程度,因此POM齿轮在油润滑下的承载能力明显提高。     

基于分层贝叶斯模型的齿轮弯曲疲劳试验分析

常规齿轮弯曲疲劳试验数据处理方法是基于最小二乘法（LSE）等传统频率理论的,在小样本条件下可靠度应力寿命（P-S-N）曲线易发生拟合失真。基于成组法开展了8620H钢表面渗碳齿轮的弯曲疲劳试验,将贝叶斯理论应用于小样本条件下弯曲疲劳试验数据分析,建立了齿轮弯曲疲劳试验数据的分层贝叶斯（HBM）模型,并通过Gibbs采样获得了参数的后验分布,得到齿轮弯曲疲劳P-S-N曲线。同时以50%和99%可靠度下S-N曲线相对斜率比为评价指标,对比了LSE模型与HBM模型拟合效果,结果表明：随着试验样本数据量的变化,HBM模型的相对斜率比α波动变化率为传统LSE模型的1/40,小样本条件下HBM模型结果优于传统的LSE模型结果。HBM模型可推广应用至齿轮接触疲劳试验等数据分析中。     

残余应力对齿轮弯曲疲劳的量化影响研究

随着风电、高铁、掘进等高端装备对齿轮功率密度、服役寿命等要求的提高,齿轮的弯曲疲劳问题日益显著。为提升齿轮弯曲疲劳性能,通过渗碳热处理、喷丸强化等工艺为齿轮引入较高的残余压应力已逐渐成为工业界的标配。为揭示残余应力对齿轮弯曲疲劳性能的量化影响,在最大主应变寿命预测准则中引入残余应力影响项,通过弯曲疲劳试验确定最优残余应力影响系数,进而采用新的试验数据验证模型的准确性。基于工程应用出发,引入修正应力的概念统一不同残余应力状态下的齿轮弯曲应力-寿命(S-N)曲线,研究结果显示,最大主应变准则中,残余应力影响系数取值为0.15时,可实现较高的寿命预测精度,而修正的S-N曲线中,最佳残余应力影响系数为0.25。研究成果可用于工程实际中齿轮弯曲疲劳快速评估。     

夹杂物随机分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响研究

齿轮材料中存在非金属夹杂物会显著降低齿轮的接触疲劳强度,其作用机理研究可为生产质量的控制和服役性能的评价提供重要指导。为此,建立了含随机分布非金属夹杂物的齿轮副有限元接触分析模型,并基于Brown-Miller多轴疲劳准则研究了夹杂物分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响,预测了3种不同可靠度下的齿轮接触疲劳R-S-N曲线。结果表明,次表面夹杂物的存在,尤其是夹杂物的聚集,会产生相当大的应力集中,并造成接触疲劳寿命的显著降低;最小疲劳寿命深度主要位于0.35bH到0.75bH的范围内,其统计分布与对数正态函数的符合度最高,其次为三参数威布尔分布函数;接触疲劳寿命较好地符合三参数威布尔分布。     

齿轮接触疲劳微观结构作用研究综述

随着航空、风电等装备对齿轮传动功率密度、承载能力、寿命要求的提高,齿轮接触疲劳失效成为限制现代齿轮装备服役性能与可靠性的重要瓶颈,其中,材料的微观结构特征从根本上决定了齿轮等服役件疲劳性能的优劣.通过调研国内外相关研究现状,介绍了齿轮材料中残余奥氏体、碳化物、晶粒等主要微观结构及其对齿轮接触疲劳性能的影响.归纳了现有基...     

齿轮弯曲疲劳的研究进展与发展趋势

齿轮弯曲疲劳性能是现代齿轮传动的关键设计指标,也是影响高端齿轮装备服役性能和可靠性的关键因素。尽管齿轮弯曲疲劳研究取得显著进展,但由于基础数据建设、抗疲劳制造、主动设计方法等方面与国外先进水平存在差距,限制了我国高性能齿轮传动产品性能。结合文献调研、行业交流与课题研究经验,详述了齿轮弯曲疲劳的研究进展与发展趋势,重点介绍了齿轮弯曲疲劳的失效机理、理论分析、试验技术、承载能力、影响因素等内容,归纳了提升齿轮弯曲疲劳性能的有效措施,期望推动我国齿轮抗疲劳技术的发展与应用。     

同向平双齿轮传动系统设计分析软件开发

同向平双齿轮传动系统设计过程复杂、参数众多,型号更迭导致结构参数匹配困难、工作量大,亟待开发专用设计分析软件以提高设计效果和效率。建立了同向平双齿轮传动系统优化模型,基于C++语言与Qt应用程序框架开发了同向平双齿轮传动系统专用设计分析软件;结合工程案例对软件的可运行性、优化效果、信效度进行了对比分析,验证了软件的有效性和可靠性。结果表明,所开发的软件实现了某同向平双齿轮传动系统比现有水平减重7.98%,优化结果稳定收敛且收敛精度达99.02%,齿轮安全系数偏差率控制在8%以内,实现了良好的高功率密度设计,有望推动行业设计方法转型升级。     

服役工况及喷丸强化对航空齿轮钢接触疲劳性能的影响

目的 针对不同服役工况和表面处理下航空齿轮钢接触疲劳性能不明确的问题,探究不同工况参数及喷丸强化对AISI 9310航空齿轮钢接触疲劳性能的影响。方法 基于双圆盘滚动接触疲劳试验台,对AISI 9310航空齿轮钢圆盘滚子试件在2种接触应力、3种滑差率的服役工况,以及渗碳磨削、喷丸强化2种工艺下开展滚动接触疲劳性能研究。使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度仪对喷丸强化前后的表面形貌、残余应力和显微硬度进行表征,探究喷丸处理后的表面完整性与滚动接触疲劳性能之间的规律。结果 当接触应力由2.5 GPa增至3.0 GPa时,AISI 9310试件的滚动接触疲劳寿命降低了64.7%;当滑差率由10%增至20%、30%时,试件的滚动接触疲劳寿命分别下降了18.9%和42.8%,同时寿命分散性有所降低。此外,研究发现喷丸强化使试件表面残余压应力提升了104.3%,并形成了残余压应力层,表面显微硬度提升了4.8%,同时使试件的沟壑状刀痕转变为凹凸不平的弹坑,表面性状宽高比提升至0.931 0,更有利于润滑油的储存,从而使得试件的滚动接触疲劳寿命提升了87.8%。结论 获取了不同接触应力、滑差率和...     

基于数据驱动的零部件疲劳寿命预测研究现状与发展趋势

随着风电、高铁、航空等重大装备向着高可靠性、长寿命、智能化的方向发展,对齿轮、轴承等基础零部件的寿命提出更高的要求,也迫切需要更为科学、高效的疲劳寿命预测方法.机械零部件的寿命预测方法可分为基于物理失效模型、基于数据驱动模型和基于融合模型3种.随着零部件寿命预测研究向高精度、高效率发展,基于物理模型的寿命预测方法由于其模型复杂、耗时、不具有普适性等缺陷难以满足现代需求.基于数据驱动技术由于其具有无需知道其具体失效机理、预测结果准确等优点,且伴随机器学习、深度学习等技术的迅速发展,使得其成为零部件疲劳寿命预测研究的热点.鉴于此,详细阐述了基于数据驱动的机械零部件疲劳寿命预测方法,并详细介绍了神经网络、支持向量机、随机森林、深度学习等数据驱动方法在零部件寿命预测中的应用,总结了每种方法的特点,探讨了基于数据驱动的零部件寿命预测方法的发展趋势,并给出了基于GA-BP神经网络齿轮接触疲劳寿命预测研究的案例.