齿轮动态啮合过程应力仿真与分析

以渐开线圆柱齿轮副为研究对象,基于弹性动力学建立了齿轮副动态分析有限元模型并对齿轮副啮合过程进行了模拟。计算了齿侧主应力、齿面接触应力以及弯曲应力沿齿宽方向的分布,得到了齿轮啮合过程中各临界位置的齿根动态弯曲应力时域历程,就单双齿啮合变化对齿根动应力的影响作出了讨论。分析了负载及转速对齿轮的啮合状态、齿根动态弯曲应力的变化和动应力的影响,为齿轮传动系统的设计提供了理论依据。     

斜齿轮啮合传动内部激励研究

齿轮啮合传动的内部激励是引起齿轮振动和噪声的关键因素,以某8挡自动变速器中一对常啮合斜齿轮为研究对象,对其啮合传动过程的内部激励开展全面深入研究,包括齿面接触状态、时变啮合刚度、误差激励和啮合冲击。采用有限元法分析斜齿轮的静态和动态接触过程,得到齿面接触应力的大小及分布;采用接触线长度变化表示时变啮合刚度的理论方法和采用有限元仿真的方法得到斜齿轮传动的时变啮合刚度曲线;采用理论计算和有限元法分析斜齿轮误差激励,包含啮合误差、静态传递误差和动态传递误差;采用有限元法分析啮合冲击,得到齿轮传动过程的齿根应力;采用有限元法计算齿面接触线上应力分布。研究为斜齿轮传动状态的改善提供了基础。     

风电增速齿轮系统接触动力学建模与分析

用参数化设计方法精确地建立风电增速齿轮模型,并根据风电增速齿轮副的承载和结构特点,建立了风电增速齿轮三维有限元模型,对风电增速齿轮啮合传动进行接触动力学分析,由瞬态动力学模拟计算得到了齿轮副在啮合过程中不同时刻的齿面接触应力、齿根弯曲应力等变化情况,并对增速齿轮在啮合传动过程中齿根应力、轮齿啮合应力和齿宽方向应力的变化趋势进行了较为详细的分析,进而为风电增速齿轮的优化设计和分析提供了有效的理论依据。     

行星传动动态啮合有限元仿真分析

为探究行星齿轮传动过程中啮合轮齿的应力分布规律,运用AbAQUS建立了行星齿轮啮合副的有限元模型,采用非线性静态通用设置对齿轮的接触过程进行了准静态接触仿真分析,并采用显式动态分析模拟齿轮转动,将两种分析结果中接触应力与齿根应力的变化情况与传统理论计算结果进行对比,得到了模拟齿轮的动态接触应力与齿根应力的分布,本文对行星轮传动的设计以及齿轮副动态啮合特性的研究提供更为准确的分析方法。     

风电行星斜齿轮齿根裂纹对其时变啮合刚度的影响

以风电增速斜齿轮行星轮系为研究对象,运用非线性动力学理论和数值分析法计算齿根裂纹故障时斜齿轮副的时变啮合刚度。建立不同程度的齿根裂纹并分析其对斜齿轮时变啮合刚度的影响。经研究斜齿轮齿根裂纹分为贯穿性与非贯穿型,贯穿型裂纹在深度方向上用抛物线形式进行啮合,贯穿整个齿宽;非贯穿型裂纹在深度和齿宽方向上分别用抛物线拟合。共建立二十种不同形状的斜齿轮齿根裂纹。用刚度劣化率定量分析不同程度齿根裂纹对斜齿轮副啮合刚度的影响。分析表明：无裂纹斜齿轮副啮合时,时变啮合刚度是高低循环变化的,在高低变化之间刚度是线性递变。贯穿型裂纹比非贯穿型裂纹啮合刚度劣化更明显,单齿啮合时刚度劣化更为明显。裂纹在深度方向与宽度方向上延长相同百分比时,宽度方向上刚度劣化更明显。     

基于现代分析技术对准双曲面齿轮进行加载接触分析

基于HFT法加工准双曲面齿轮的理论,建立了齿轮副加工坐标系,得到了齿轮副的齿面、突端和齿根过渡曲面方程。通过MATLAB软件计算出齿轮副齿面的离散点,导入UG建模软件生成含齿根过渡曲面的精确三维模型,截取三齿啮合模型后导入HpyerMesh,建立有限元模型,加载后再导入AN-SYS得到了啮合齿面的接触应力分布情况,为深入进行准双曲面齿轮的加载啮合性能分析奠定了基础。     

内、外啮合斜齿轮三维有限元网格自动生成原理及其程序实现

对于不同的齿轮参数,斜齿轮副啮合面上的接触线位置也不相同,这就使得斜齿轮的三维有限元网络划分产生很大困难。为此,建立了一套斜齿轮三维有限元网络自动方法,并编制了相应的微机通用计算程序。使用者只需输入一对斜齿轮的齿数、模数、齿宽、分度圆螺旋角、齿轮变位系数和小齿轮旋向等基本参数,计算机就可按要求自动生成一对外啮合或内啮合斜齿轮副的三维有限元网格。实际应用表明,所提出的方法及程序使用方便灵活和准确,为内、外啮合斜齿轮副及齿轮传动系统的深入研究提供了可靠的基础。该程序还可以用来划分内、外啮合直齿圆柱齿轮副的三维有限元模型网格,并且其网格划分原理可方便地推广到其他齿轮传动中。     

基于LS-DYNA少齿数非对称斜齿轮动态特性分析

少齿数非对称斜齿轮作为一种新形齿轮,其体积小且承载能力强,而对其动力学特性尤其瞬时法向相对速度造成弹性接触冲击对齿轮传动系统的稳定性的影响研究较少。以弹性体接触-冲击动力学方程为基础,建立少齿数非对称斜齿轮有限元动态接触模型。在考虑摩擦和阻尼等影响的情况下,对动态齿根弯曲应力和动态传动误差进行研究。描述轮齿在一个啮合周期内的动态齿根弯曲应力的分布规律,对比斜齿轮副整个啮合过程的静动态齿根弯曲应力,同时还分析工况参数对齿根弯曲强度的影响。研究由于主从动轮接触点的瞬时法向相对速度差造成的弹性接触冲击,以少齿数非对称斜齿轮副的瞬时冲击过程为研究对象,分析不同转速时,不同的冲击位置(齿根、节圆和齿顶)对冲击力、冲击应力和冲击时间的影响,对比分析不同压力角的少齿数齿轮冲击应力的变化规律。     

齿根动态应力分析

齿根应力分析是齿轮设计的一个主要问题,啮合过程中齿根应力分布特性是衡量齿付传动性能的主要指标。本文讨论了直齿圆柱齿轮在啮合过程中有关轮齿刚度、齿面载荷分配、以及齿根应力的计算方法。并通过实验进行分析。同时对修形齿轮与非修形齿轮作了对比分析实验。证明对重载齿轮进行修形能有效地改善齿根应力特性。     

斜齿轮多对齿啮合的快速优化与有限元分析研究

利用I-DEAS新型软件三维建模、有限元分析等多种功能 ,对日本产KXJ-Ⅱ型齿轮实验台原试验用斜齿轮和优化斜齿轮进行了齿面接触和齿根弯曲最大应力的快速分析、比较 ,探索出在I -DEAS和MATLAB软件环境中进行多对齿啮合的快速参数优化及有限元分析的方法。     

逻辑齿轮弯曲强度研究

为较精确计算逻辑齿轮弯曲应力,提出了单对齿啮合的最高点求解方法。在三维精确建模的基础上,应用齿轮加载轴建模的有限元分析方法分析齿根应力分布情况。首先通过分析逻辑齿轮的啮合过程,并以齿轮齿条啮合模型简化了推导逻辑齿轮副的啮合轨迹线的过程。然后在CATIA软件中利用图解法计算出单齿啮合最高点位置并确立载荷作用角,使加载轴与齿轮接触。最后分析了逻辑齿轮齿形参数中的初始基圆半径对齿根应力的影响,有助于从齿形参数层面上优化逻辑齿轮的设计。     

大功率船用齿轮箱斜齿轮的有限元接触研究

为了更好地了解和掌握大功率船用齿轮箱的齿轮在啮合过程中的接触应力分布情况,在有限元基本理论的基础上,采用有限元软件ANSYS/Ls-dyna对该齿轮箱中的其中一对渐开线斜齿轮进行了接触分析,得到了齿轮啮合过程中的应力分布情况及最大接触应力,为齿廓修形提供了重要依据;最后,将修形前后齿轮的应力分布情况进行了对比分析。研究结果表明,该船用齿轮箱齿轮最大应力小于材料的强度极限,满足使用要求;并且修形后齿轮的接触应力和齿根应力较修形前均减小了13%左右,可以有效地减小齿顶和齿根的应力集中现象,为斜齿轮修形打下了良好的基础。     

弧齿锥齿轮加载啮合特性有限元分析

基于齿轮啮合原理计算获得了弧齿锥齿轮精确的三维几何实体模型,并由此建立了齿轮加载啮合特性有限元分析模型,以赫兹接触解析法合理地确定了有限元的网格密度。根据弧齿锥齿轮副6齿对模型,获得了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的位置,并绘制出了啮合周期内的应力曲线。分别以载荷和安装误差参数为变量,研究了弧齿锥齿轮加载情况下的接触斑点以及接触轨迹等啮合特性。研究结果对弧齿锥齿轮的设计和实际应用起到了重要的指导作用。     

含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析

裂纹扩展是齿轮传动的主要故障,而且裂纹所处位置对裂纹扩展行为作用明显。为探讨齿轮副轮齿裂纹位置与裂纹扩展寿命的关系,提出几种相邻轮齿含分度圆裂纹和齿根裂纹的双裂纹齿轮副模型,基于ABAQUS建立齿轮副的三齿啮合有限元分析模型,分析不同载荷作用下分度圆裂纹和齿根裂纹尖端的主应力值和应力强度因子值;结合Pairs方程探讨分度圆裂纹扩展和齿根裂纹扩展寿命之间的关系。结果表明:齿轮副单齿啮合时的裂纹尖端应力比齿轮副双齿啮合时的裂纹尖端应力大,而且裂纹尖端的弯曲应力明显大于剪切应力;同一载荷同一裂纹深度时,齿根裂纹尖端的应力强度因子值大于分度圆裂纹尖端的应力强度因子值;相同加载时,含齿根裂纹齿轮的裂纹扩展寿命小于含分度圆裂纹齿轮的裂纹扩展寿命;裂纹扩展过程中,齿根裂纹深度和分度圆裂纹深度之比非定值,而且深度之比与载荷无关。     

新型摩擦搅拌焊电机齿轮传动有限元分析

齿轮折断和工作齿面磨损是齿轮的主要失效形式,细致分析动态啮合下齿轮的受力情况,对摩擦搅拌焊在工作过程中提高齿轮的使用寿命及防止轮齿的断裂有重要意义。以摩擦搅拌焊的电动机齿轮副为研究对象,基于有限元接触理论建立齿轮副动态啮合的接触分析模型,分析齿轮连续啮合时的应力分布。仿真结果表明:齿轮副在低速重载下,齿面接触应力远大于齿根弯曲应力;齿轮副在啮合时,齿面接触应力呈现出先增大后减小的变化趋势;齿轮进入下一齿啮合时会产生碰撞冲击,造成接触处较大应力。     

基于齿轮切向变位分配齿根弯曲应力方法研究

齿轮是机械传动中重要的基础零部件,针对齿轮副传动中小齿轮轮齿薄弱最先发生弯曲疲劳断裂的情况,采用切向变位重新分配大小齿轮齿厚。在中心距和传动比不变的情况下,重新分配齿厚使小齿轮齿根弯曲应力降低,大齿轮齿根弯曲应力增加,从而使相互啮合齿轮的弯曲疲劳寿命近似相等。采用APDL语言对齿轮进行有限元建模,在单齿齿顶加载和啮合状态下进行弯曲应力分析,并与普通齿轮副设计进行比较,结果验证了切向变位重新分配齿根弯曲应力的准确,对解决工程上小齿轮断齿问题具有指导意义。     

直齿轮承载接触分析与强度计算

利用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析(LTCA)对直齿轮副进行了啮合仿真。在此基础上,结合弹性理论,计算了各啮合点上的接触应力。利用有限元应力影响矩阵法分析了齿根应力分布变化过程。根据LTCA的计算结果,提出了一种齿轮寿命近似计算方法,估算了直齿轮副的寿命。最后,基于MATLAB语言开发了直齿轮齿面啮合分析与修形设计软件。     

非均荷载下齿向应力与轮齿变形的数值模拟

基于齿轮的精确建模对数值仿真精度的巨大影响,采用APDL-Maltab的参数化建模编程技术,通过对齿廓曲线的推导,建立了比较精确的齿轮模型。提出跑合前载荷沿接触线呈线性分布和跑合后呈三次抛物线分布的模拟方法,进而推导出跑合前后齿向荷载的分布曲线。对均布荷载、线性分布和三次抛物线分布的非均荷载作用下,齿宽方向上齿根最大应力和啮合线上轮齿变形的变化规律进行了比较研究,验证了齿端刚度效应和齿根应力、轮齿变形的连续性。非均荷载下齿根应力和轮齿变形的数值模拟表明:齿向荷载的不均匀性和齿端效应,使得齿根最大应力增大,轮齿最大变形减小。上述研究对于优化齿形设计和改善齿向荷载分布等具有一定的理论价值。     

基于ANSYS的渐开线斜齿轮副参数化建模

在ANSYS中利用APDL语言,通过求解斜齿轮端面齿廓渐开线和过渡曲线的交点,形成端面齿廓,再沿螺旋线拖拉,直接生成了一对斜齿轮的参数化模型,模型端面上啮合点与节点重合,便于进一步分析齿轮的齿面接触应力和齿根应力以及斜齿轮的啮合过程。     

斜齿轮动力接触分析及动态特性优化

以某斜齿轮副为例,建立了该齿轮副的参数化三维几何模型及动力接触有限元分析模型。采用显式动力学计算方法对轮齿动态等效应力、齿根弯曲应力、主从动轮的相对转速及冲击力等动力学特性进行了数值仿真。分析表明,轮齿在啮合过程中存在较大的啮合冲击;主从动轮间有明显的转速差,且从动轮负载转矩越大,冲击力就越大。同时对齿廓修形与齿轮副动态特性间的关系进行了详细研究,并基于计算数据提出了改善齿轮副冲击与齿根应力的最佳修形参数,以达到优化其动态特性的目的。