准双曲面齿轮准静态接触分析和试验研究

建立了精确的准双曲面齿轮的轮齿面和过渡曲面数学模型;选择用平均接触椭圆长半轴、接触线方向角和传动误差曲线交点来评价齿面接触斑点和传动误差;以一个准双曲面齿轮副为计算实例,建立了适合准静态齿面接触分析的准双曲面齿轮传动系统有限元分析模型;通过准静态加载齿面接触特性分析,得到齿根弯曲应力、接触应力和传动误差的变化规律,分析载荷的影响情况,并比较了有限元结果与经验公式计算结果。开发了准双曲面齿轮试验台,进行齿面接触斑点和齿根弯曲应力检测,试验结果与仿真结果的一致性较好。     

非圆齿轮齿根过渡曲线分析

齿根过渡曲线的曲率半径大小,直接影响渐开线起始圆直径和齿根强度。从理论上分析了非圆齿轮过渡曲线及根切界限。渐开线直齿圆柱齿轮的齿根过渡曲线有多种形式,过渡曲线对于轮齿弯曲强度有重要意义。为了提高非圆齿轮仿真结果的准确程度,构建了非圆齿轮齿根过渡曲线方程,分析了齿根过渡曲线上的弯曲应力,并与不同齿根过渡曲线的弯曲应力进行对比,也为后续的仿真、有限元分析提供了一定的依据。为保证正常啮合,合理设计齿根圆角大小,合理选用刀具,探讨了刀具齿顶圆角与轮齿齿根圆角之间的对应关系,有其重要的现实价值。     

直齿面齿轮加载啮合有限元仿真分析

研究正交面齿轮在加载条件下面齿轮啮合的传动性能参数、齿面接触应力和轮齿弯曲应力变化规律的有限元分析计算关键技术,以赫兹接触应力解析公式计算结果为对比,提出接触应力和弯曲应力计算的有限元网格密度确定方法。根据面齿轮重合度,分析面齿轮加载啮合仿真的五齿模型和七齿模型适用场合,给出面齿轮在啮合过程中的齿面接触应力和齿根弯曲应力最大值位置,计算面齿轮多齿模型接触应力及弯曲应力极值,准确得到面齿轮传动的重合度、传动误差、载荷分布系数等传动性能参数,以及载荷对这些传动性能参数的影响规律。研究结果表明,赫兹接触应力解析公式计算的结果合理地确定了有限元模型的网格密度,有限元仿真得到的应力值可靠,传动性能参数的分析结论正确。     

面齿轮弯曲应力有限元分析及神经网络预测

在直齿面齿轮齿面仿真的基础上,利用Matlab与ANSYS相结合实现了面齿轮副在有限元软件中从参数化建模到承载接触分析的自动化。为解决面齿轮强度设计的应力计算问题,研究了点接触面齿轮载荷与弯曲应力的确切关系,并提出了一种采用人工神经网络预测面齿轮弯曲应力的方法,该方法以有限元分析结果为样本,能够完成面齿轮弯曲应力的快速定量计算,在训练神经网络的样本参数范围内,该方法具有很高的精度,为面齿轮的强度设计奠定了基础。     

基于多目标遗传算法的齿轮传动优化

针对某牵引机车齿轮常出现齿面胶合、点蚀等问题,采用遗传算法,以重合度,齿面接触应力和齿根弯曲应力为优化目标,对齿轮的啮合参数进行了优化。为节省计算成本,在齿轮参数化有限元模型仿真计算的基础上,建立了齿面接触应力和齿根弯曲应力的代理模型。结果表明:遗传算法在多维区域内能快速有效的搜索Pareto解集,实现多目标的优化。以优化的结果对齿轮进行重新设计后,经有限元仿真验证,轮齿齿面接触应力及齿根弯曲应力均得到有效降低。     

非对称齿廓齿轮弯曲疲劳强度理论分析与试验

为提高齿轮承载能力设计齿轮两侧压力角不等的非对称渐开线新齿形,推导双压力角非对称齿廓齿轮工作齿侧与非工作齿侧的渐开线齿廓方程和齿根过渡曲线方程,通过迭代计算和优化策略提出非对称齿廓齿轮疲劳强度解析法计算公式。编制生成非对称齿轮齿廓的参数化程序,在此基础上建立非对称齿廓齿轮有限元分析模型。通过解析法对不同压力角组合的非对称齿廓齿轮弯曲应力和危险截面位置计算得出,随着工作齿侧压力角的增大齿根最大弯曲应力逐渐降低,单齿啮合区向齿顶偏移;通过对有限元模型进行计算得出的结果与解析法一致,应用最小二乘法拟合出非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力随工作齿侧压力角变化的计算公式。采用数控电火花线切割方法加工制造非对称与标准齿廓齿轮,在高频疲劳试验机上采用双齿脉动加载方法对其进行疲劳强度试验。试验结果表明,非对称齿廓齿轮在相同寿命下比对称齿轮极限载荷提高了50%,非对称齿廓齿轮的应力值变化趋势与前两种方法是一致的。     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

齿轮弯曲强度的计算机仿真分析

仪器仪表行业广泛使用齿轮传动,齿轮强度的高低直接影响着仪器仪表的测试精度和可靠性。齿根过渡曲线的形状对齿根弯曲强度有重要影响,为了提高齿轮的弯曲强度,就有必要研究齿根过渡曲线。本文利用MATLAB软件,研制开发了齿轮弯曲强度的计算机仿真程序,该程序逐点计算齿轮过渡曲线处的弯曲应力大小,以便找出弯曲应力的最大值和最大应力发生的位置;同时利用有限元软件ANSYS,建立轮齿模型,仿真分析轮齿受力时的齿根弯曲应力的分布状态,本文研究为进一步进行齿轮弯曲强度的测试研究奠定了良好的理论基础。     

基于ANSYS分析的齿轮设计

采用ANSYS有限元方法对减速器渐开线斜齿圆柱齿轮进行分析计算。利用三维软件Solid Works建立齿轮的实体模型,并将简化后的模型导入ANSYS中,选用Solid 45作为齿轮的单元,得到齿轮的有限元模型。然后对齿轮进行模态分析,分别对大齿轮和啮合齿轮进行仿真分析,计算出了齿根弯曲应力和齿面接触应力。有限元分析结果表明,齿轮满足设计要求。     

齿轮加载轴有限元分析方法及其应用研究

为精确计算齿轮弯曲应力,应用有限元分析技术,在三维精确建模的基础上,提出了齿轮加载轴建模的有限元分析方法。通过计算单齿啮合外界点位置和载荷作用角,使加载轴与齿轮接触,通过与传统齿根应力计算方法对比,验证了该有限元分析方法的正确性。应用该方法对薄轮缘直齿圆柱齿轮进行齿根应力分析计算,结果表明轮缘厚度变化对齿轮齿根应力无影响,对此提出了有限元分析方法的局限性。     

Gear crack propagation investigations

Analytical and experimental studies were performed to investigate the effect of gear rim thickness on crack propagation life. The FRANC (FRacture Analysis Code) computer program was used to simulate crack propagation. The FRANC program used principles of linear elastic fracture mechanics, finite element modelling, and a unique re-meshing scheme to determine crack tip stress distributions, estimate stress intensity factors, and model crack propagation. Various fatigue crack growth models were used to estimate crack propagation life, based on the calculated stress intensity factors. Experimental tests were performed in a gear fatigue rig to validate predicted crack propagation results. Test gears were installed with special crack propagation gauges in the tooth fillet region to measure bending fatigue crack growth. Good correlation between predicted and measured crack growth was achieved when the fatigue crack closure concept was introduced into the analysis. As the gear rim thickness decreased, the compressive cyclic stress in the gear tooth fillet region increased. This retarded crack growth and increased the number of crack propagation cycles to failure.     

基于MATLAB与SolidWorks联合建模的渐开线圆柱直齿轮接触特性仿真分析

通过渐开线直齿轮齿廓方程在MATLAB中构建出渐开线直齿轮的点云模型生成精确地齿廓,将点云数据导入到SolidWorks中构建出齿廓精确的渐开线直齿轮副的三维模型;然后对渐开线直齿轮副进行理论接触应力计算,并对联合建模的齿轮副与参数化建模的齿轮副进行接触应力的有限元仿真分析和动力学仿真分析结果进行对比.结果表明:联合建...     

冲击载荷下小模数齿轮动态应力研究

以冲击电钻小模数变速齿轮为研究对象,采用有限元方法研究,冲击电钻在堵转时所引起的不同的冲击载荷和冲击时间,对小模数齿轮齿根动态应力的影响,并分析比较在相同的静载荷作用下的静应力状态,以及不同的齿根过渡曲线对齿轮强度的影响。     

关于面齿轮接触和弯曲应力有限元计算方法的研究

根据面齿轮加工基本坐标系和齿轮啮合原理,由刀具齿面方程和坐标转换矩阵建立了面齿轮齿面方程,通过编程计算出面齿轮齿面点,实现了面齿轮三维可视化建模。采用三维有限元分析方法,研究了5种不同载荷条件下面齿轮传动的接触应力、弯曲应力和重合度的变化规律。计算结果表明,随着载荷的增大,面齿轮齿面接触区和重合度增大;在单齿啮合时,面齿轮接触和弯曲应力最大,弯曲应力最大值出现在沿齿高方向靠近中间的位置。本文对面齿轮传动的强度设计具有一定的指导意义。     

双圆弧齿轮凸、凹齿同时加载的齿腰弯曲应力

根据任意转角位置的双圆弧齿轮齿廓数学模型,运用Pro/E软件构建了双圆弧齿轮模型,首先分析比较了仅在凸齿处加载和在凸、凹齿处同时加载两种不同加载方式时的齿腰弯曲应力,然后在轮齿的凸、凹齿处同时加载,对齿腰处的弯曲应力进行了有限元分析,得出了双圆弧齿轮齿腰弯曲应力与螺旋角、模数、齿数的关系曲线。其分析结果将为双圆弧齿轮设计和制造等提供参考依据。     

点线啮合齿轮齿根弯曲应力研究

提出点线啮合齿轮齿根弯曲应力计算方法,修正了大齿轮的齿根弯曲应力计算公式,在公未中增加大齿轮弯曲强度提高倍数.通过有限元仿真和试验验证了点线啮合齿轮齿根弯曲应力计算方法,并得出点线啮合齿轮弯曲疲劳强度比渐开线圆柱齿轮至少要提高15%的结论.     

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.     

齿根过渡圆角处应力的分析计算

分别用传统的材料力学的方法计算了在齿轮设计过程中，轮齿齿根处弯曲应力和在同样的条件下，用有限元方法分析了不同齿根过渡圆角齿形的齿根剖面上各点以及过渡圆角处各节点的应力值。此结果和方法为选择正确的应力集中系数，得到适合于各种具体场合的优化齿形以及进一步进行齿根过渡圆角的优化设计提供可靠的帮助。