基于有限元法的疲劳点蚀斜齿轮时变啮合刚度分析与试验研究

疲劳点蚀斜齿轮啮合刚度计算是齿轮故障动力学分析的重要基础.基于有限元的斜齿轮啮合刚度计算方法,建立了正常齿轮和疲劳点蚀齿轮的有限元模型.通过有限元模型计算,得到了齿面法向接触力和综合弹性变形量;并根据啮合刚度计算方法,得到了齿轮的单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度.分析不同点蚀剥落长度和宽度对齿轮啮合刚度的影响得知,剥落长度和宽度对齿轮啮合刚度影响较大;而且剥落长度会影响齿轮啮合刚度的变化区域.通过疲劳点蚀试验证明,齿轮啮合刚度的减小使得齿轮振动冲击响应增大.     

渐开线齿轮传动的扭转刚度研究

齿轮传动刚度的计算对于动力传动系统的振动噪声研究具有重要意义,基于Abaqus软件的有限元计算研究了渐开线齿形的直齿轮啮合扭转刚度。研究中,采用了接触模型处理了齿与齿之间的啮合关系,得出单齿模型整个啮合周期内多个状态下的扭转刚度结果,分析了齿轮刚度计算的石川公式,并与有限元计算结果进行了比较,分析了精度和误差来源。还采用接触有限元模型计算了全齿轮模型啮合刚度,得出直齿轮啮合刚度的变化规律。根据直齿轮有限元计算结果,给出了斜齿轮啮合扭转刚度的快速计算方法。     

一种面齿轮传动时变啮合刚度数值计算方法

准确计算时变啮合刚度是齿轮动力学研究的基础。提出了一种面齿轮传动时变啮合刚度数值计算新方法。以直齿圆柱齿轮为例,建立合理的有限元模型,得到直齿圆柱齿轮的时变啮合刚度曲线,并将其与ISO6336方法计算结果进行对比,验证了该啮合刚度计算方法的正确性及有限元模型的精确性。应用该数值计算方法,研究面齿轮传动时变啮合刚度变化规律,得到了精确的面齿轮传动时变啮合刚度曲线。研究结果为面齿轮传动的动力学分析及设计提供参考。     

齿轮齿条的接触应力研究

为了研究齿轮齿条传动的接触应力,运用齿轮承载能力计算方法中接触应力的计算公式,实例计算了一对齿轮齿条啮合时的接触应力,并运用ANSYS有限元分析软件建立了齿轮齿条有限元模型,分别求解了不同啮合位置的接触应力.其中单啮合时的计算结果与理论计算值非常接近,表明所建立的静力学模型有良好的分析精度,同时得出单啮时的接触应力远远...     

分阶式双渐开线齿轮啮合特性及有限元研究

利用空间啮合原理,建立分阶式双渐开线齿轮型线齿廓理论与数学模型,推导双渐开线齿轮端面齿廓方程和接触线方程,对相互啮合的两个双渐开线齿轮端面啮合过程及接触线变化进行模拟分析,基于ANSYS有限元分析软件,利用其中的参数化设计语言APDL,精确建立双渐开线齿轮的单齿啮合和双齿啮合有限元模型,并对其进行接触有限元分析.分析结果表明,节点附近啮合时,双渐开线齿轮接触线发生间断,并且单齿啮合远大于双齿啮合的齿面最大接触应力.     

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。     

齿根裂纹与轮齿啮合刚度关联规律研究

齿轮的啮合刚度是齿轮动力学研究的基础,以圆柱直齿轮齿轮为研究对象,构建含齿根裂纹齿轮的有限元模型,并基于有限元准静态分析方法,提出精确计算含裂纹齿轮时变啮合刚度数值计算方法。通过分析得到裂纹参数对齿轮时变啮合刚度的影响规律,数值计算结果表明,裂纹会降低齿轮的啮合刚度;裂纹参数(裂纹长度、裂纹方向)对齿轮的啮合刚度的有着明显的影响,其中裂纹长度对刚度的影响较显著;齿轮啮合刚度的降低与齿轮的啮合位置相关,当齿轮在单齿啮合区最高点啮合时,啮合刚度降低率最大。     

ANSYS精确建模的含齿形误差齿轮接触特性研究

应用有限元法考察了齿形误差对齿轮最大接触应力和啮合刚度的影响。基于齿廓方程在ANSYS中精确建立了理想齿廓齿轮有限元模型;基于移动节点的方法,建立了误差齿廓齿轮有限元模型。通过计算啮合周期内多个啮合位置有限元模型,得到了理想齿廓齿轮和误差齿廓齿轮最大接触应力的分布状态,分析了齿形误差对最大接触应力的影响程度;得到了理想齿廓齿轮和误差齿廓齿轮啮合刚度的分布规律,证明了齿形误差降低了齿轮的啮合刚度。     

斜齿轮的齿面载荷及啮合刚度数值分析

基于齿轮啮合原理和接触问题有限元法 ,提出了一种自动生成任意啮合位置有限元模型的算法 ,开发了啮合轮齿自动建模程序及接触有限元分析程序 ,并对斜齿轮进行分析计算 ,得到了给定啮合位置齿面截荷分布曲线和运转过程啮合刚度的变化曲线     

齿轮啮合过程弯曲强度有限元分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,建立了齿轮啮合非线性接触有限元模型,运用完全牛顿-拉普森方法进行啮合过程的仿真计算,并将结果与赫兹公式计算所得的接触应力值进行比较,验证了有限元模型的有效性;在此基础上进一步分析了不同啮合位置下齿轮的弯曲应力分布情况,得到了齿根弯曲应力在啮合过程中的变化规律,为提高齿轮强度和齿轮的优化设计提供了理论依据。     

敏捷化开发环境下产品装配建模研究

为了实现以自顶向下为主、自底向上为辅的双向产品设计方法,本文提出了一种面向产品族的混合装配模型。该模型由装配骨架模型、层次模型、约束关系模型、零件属性模型及参数化设计模型组成。通过引入高层次的装配骨架模型反映设计者的设计意图并自动向下游传播装配约束,实现自顶向下面向过程的设计方法;通过引入低层次的约束关系模型记录零件之间的各种约束关系,检验、改进和完成最终装配模型的重建,实现自底向上的面向结果的设计方法;通过引入参数化设计模型完成装配体的变形设计,实现以往知识的重用。最后用实例说明该混合装配建模方法的有效性。     

光电稳定平台伺服系统动力学建模与参数辨识

针对光电稳定平台伺服系统模型参数辨识问题,提出了线性和非线性模型参数分离辨识方法。在线性模型参数辨识过程中,利用差动逆M序列信号作为输入,相应的响应信号作为输出,并应用最小二乘方法辨识线性离散模型参数,从而降低非线性因素的影响。在非线性模型参数辨识过程中,以LuGre摩擦模型为基础,针对摩擦和不平衡质量相互耦合的问题,提出了考虑不平衡质量的LuGre模型静态参数辨识方法;然后,利用电流信号作为摩擦力测量值,对LuGre模型动态参数进行辨识,得到包含不平衡质量和动态摩擦的系统非线性部分模型参数。构建了单轴光电稳定平台实验系统,利用本文提出的方法对实验系统动力学模型参数进行了辨识。结果表明:质量不平衡力矩的辨识值为0.183N·m,略高于理论值0.18N·m,满足辨识精度要求。实验证实提出的辨识方法可以实现对模型线性与非线性参数的有效辨识。     

基于模态综合技术的结构有限元模型修正

由于结构的动力分析需要大量的计算时间和占用大量的计算机内存,常规的数值迭代计算方法难以实现,提出了基于模态综合技术的模型修正方法。该方法首先得到缩减后结构模型的频率与振型,并将该振型转换为缩减前模型物理坐标下的振型。然后,用缩减后模型的频率和转换后的振型,共同构成模型修正的优化目标函数,进而通过优化求解实现结构的模型修正。该方法既保证了计算精度又提高了模型修正的计算效率,使大型复杂结构的模型修正成为可能。最后,对某吊杆拱桥模型进行了动态测试和模型修正,验证了该算法的有效性。     

图形法与回归分析相结合的优化设计方法

为实现数学模型难于建立的系统的优化设计，提出了一种将图形法与回归分析相结合的优化设计方法。图形法将系统输入量进行离散化处理，通过作图法获得系统模型。采用最小二乘法寻找模型系数，并最终利用回归分析评估和修改图形法所建立的数学模型，确保了模型的准确性。水轮发电机机架方案设计中引进了该方法，使结构参数在设计要求范围内达到了最佳值，实现了机架的优化设计。     

面向壁板变形预测的局部位移场分层映射方法

针对飞机装配过程中壁板铆接变形预测仿真计算周期长的问题，依据局部-整体映射的思想，提出了基于局部位移场的分层映射方法，建立了映射模型，并将所提模型与三维动态模型的有限元分析结果进行了对比。研究结果表明：所提方法可有效地缩短仿真计算时间及提高模拟实际钻铆过程的可靠性；采用所提方法时的轴向位移相对误差为2.2%；当映射区域为2.5R(R为钉孔半径)时，单钉铆接的计算时间由45.56 min缩短至3.33 min。通过三钉模型验证了所提方法的有效性。     

短路条件下变压器振动特性研究

利用振动法对运行中的变压器进行诊断是一种新的趋势,但是到目前为止,振动法的效果仍然不够理想。变压器表面振动信号比较复杂,如何得到一个能正确反映实际振动的模型是研究的关键,针对如何简化模型的问题,提出了短路条件下变压器油箱表面的振动模型,该模型基于振动的产生和传递过程。该模型的参数由单相短路实验得到的数据计算得到。利用得到的模型,只需要根据输入电流值即可计算振动估计值。最后,采用三相短路实验验证了模型的正确性。实验结果表明,估计信号和实测信号基本一致,利用简化的绕组模型和传递模型是完全可行的。     

不同极槽配合对永磁同步电机温度场的影响

针对散线绕组电机在温升计算时建模存在的问题,采用分层简化的模型来对绕组建模,将简化模型应用到发热、散热计算上后,温升结果和温度分布趋势较为接近,验证了简化模型在工程中应用的可行性。为研究定子槽数对电机温升的影响,以某型号可用于中小型直驱风力发电机的永磁同步电机（PMSM）为对象,采用分层简化模型对电机定子进行了建模,通过有限元仿真计算了电机定子温度场,得到了绕组平均温度随槽数的变化趋势。对32极36槽电机进行了试验测试来验证算法的准确性。应用同样的仿真方法计算得到了某水冷电机温升随槽数的变化趋势。研究结果表明：随着定子槽数的增加,电机温升逐渐降低,且降低幅度越来越小。当槽极数比大于4．5时,定子槽数对电机温升的影响不再明显。     

Modeling and controling the FMS of a welding robot

For complex welding, Petri net (PN) theory is adopted to model a welding flexible manufacturing system (WFMS) in this paper. When the model called the multi timed color Petri net (MTCPN) was designed, a professional simulation software package was used to test it theoretically. Then, a scheduling method was devised to optimize the conflicting information in the model. A welding experiment based on the model is carried out. The results of the welding experiment and the model simulation show that the modeling method is correct and feasible. This research presents a new way to optimize a WFMS and it develops the application area of PN theory.     

A variable precision rough set based modeling method for pulsed GTAW

Modeling is an important step both for quality and shaping control of the arc welding process. Current modeling methods have made great advances in the field of arc welding, however they all posses certain limitations. It is due to these limitations that we created the variable precision rough set (VPRS) based modeling method. The VPRS modeling has been shown to be both a more efficient and reliable modeling method for the arc welding process due to its ability to account for the character of the welding media. The method was used to produce a dynamic predictive model for pulsed gas tungsten arc welding (GTAW). Results showed that the VPRS modeling method was able to sufficiently acquire knowledge during welding practices. In addition, comparison of VPRS model with classic rough set model and BP neural network model showed that VPRS model was more stable and could predict the unseen data better than classic RS model. Moreover, the VPRS model owns similar precision with neural network model, but has better understandability.     

大型锻件内部缺陷演变行为的跨尺度模拟方法

针对大型锻件内部缺陷,提出了一种跨尺度模拟计算方法,即体胞模型法。以孔洞缺陷为例,论述了该方法的原理及应用思路。利用该方法对某锻件的孔洞缺陷演变行为进行了模拟计算,分析了孔洞缺陷的演变规律及其周围应变分布情况,并进行了人工预制孔洞的铅块变形实验。研究结果表明,孔洞随锻件变形程度增加而逐渐趋向闭合,其闭合程度与锻件应变分布情况有关;物理实验与数值模拟结果吻合度较高,体胞模型法的模拟计算较为准确;体胞模型法能够较好地解决大型锻件成形过程中内部缺陷的跨尺度数值模拟问题。