初始齿面点缺陷斜齿轮磨损模式演变与状态评估

为了探究如大型风电齿轮初始缺陷存在下的摩擦磨损机制与演变历程,避免齿轮发生开放式磨损和重大故障,对初始齿面点缺陷下的斜齿轮磨损特征与演变过程进行研究。实验采用控制变量法,在自制齿轮磨损实验台上分别进行了3组不同工况条件下的磨损实验,分别设置了正常齿轮与缺陷齿轮、低载工况与重载工况条件的对比实验。采用振动监测和油液检测技术,对齿轮箱振动情况以及齿轮产生的磨粒进行统计分析,结合轮齿表面的微观形貌分析,对重载工况下缺陷齿轮磨损衰退过程进行准确评估。结果表明：初始缺陷将导致齿轮表面应力集中且数值高达数倍,而初始圆坑缺陷附近却无异常磨损特征;初始圆坑缺陷会缩短齿轮稳定磨损期,削减齿轮使用寿命,磨损后期导致磨损加剧、振幅增加数倍且伴随较大冲击载荷。     

齿面单坑缺陷下齿轮磨损演变与映射机制研究

齿面凹坑是常见的齿轮缺陷之一,在轮船、矿业机械、风电齿轮等大型重载齿轮传动机构中,齿轮更换拆卸极为不便,为避免齿轮发生严重失效造成的重大损失,需要准确判断齿轮的磨损特征和预测故障出现的时间和位置,探究齿面坑状缺陷对齿轮磨损进程的影响尤为必要。以齿面单坑缺陷齿轮的啮合历程为研究对象,采用控制变量的方法进行齿轮磨损特征对比。通过搭建的力系闭式齿轮试验台进行重载试验,利用铁谱分析技术和油样分析技术对磨损粒子作定量、定性分析,结合有限元分析和和齿面磨痕扫描电镜图片探究单坑缺陷下斜齿轮磨损演变与齿轮啮合状态的映射机制。研究结果表明：凹坑打在承载区,斜齿轮沿接触线方向的应力分布不均匀,凹坑周边区域存在应力集中现象;坑状缺陷改变了齿轮的啮合状态,缺陷轮齿齿根应力值明显大于正常轮齿,使得坑状缺陷的轮齿齿面抗磨损能力提高,但轮齿刚度降低,尤其进入剧烈磨损的后期,磨粒数量快速上升,并伴随齿面严重的剥落和塑性变形,加速轮齿疲劳断裂。     

循环交变载荷斜齿轮磨损特征与机制分析

为探究大型齿轮传动在循环交变载荷作用下的磨损特征与机制,降低齿轮传动系统受非稳定载荷工况影响的故障率,对不同载荷下齿轮磨损特征与运行状态进行分析.从齿轮磨损量、齿面磨损形貌分析、油液分析、磨粒分析4个方面进行磨损机制研究.利用力闭合与弹簧振子系统装置,施加恒定载荷和交变载荷;利用颗粒计数器、分析式铁谱仪和扫描电子显微镜...     

渐开线直齿齿轮轴楔横轧成形过程优化研究

针对渐开线齿轮轴板式楔横轧实验或生产中出现的乱齿缺陷现象,分析了轧制初始阶段和轧件齿廓成形中后期所出现的乱齿缺陷现象的原因,并采用Deform-3D有限元软件,对这两者进行优化模拟设计.模拟结果显示,乱齿现象已基本消除,且齿轮分度均匀,齿廓形状清晰.最后对有限元模拟优化设计进行物理实验,实验验证结果基本和模拟结果相符,以此给齿轮轴楔横轧进一步的研究和生产提供了更有效的参考.     

基于齿面缺陷激光修复几何数学模型的齿轮修复

激光熔覆作为一种再制造技术被广泛应用在机械零部件的修复。 在采用激光熔覆技术对齿轮齿面缺陷进行修复时,为减小后续机械加工的难度,应使轮齿齿面上的熔覆层轮廓接近齿轮的原始齿廓。 基于齿廓加工原理建立了齿面缺陷激光修复几何数学模型。 通过此修复几何数学模型可计算得到修复齿廓不同部位时,轮齿需要偏转的角度以及偏转后齿廓待修复区域的倾斜角度。 实验结果表明,利用该几何数学模型对齿轮齿面缺陷采用激光熔覆技术进行修复,可以使轮齿齿面上熔覆层的轮廓与齿轮原始齿廓较为接近,并且熔覆层轮廓与齿轮原始齿廓的距离不超过 0. 7 mm;此外,轮齿齿面在熔覆过程中虽然倾斜角度最大达到 51. 84°,但熔覆层轮廓与齿轮原始齿廓的最小距离不小于 0. 1 mm。     

成形法加工大型齿轮的齿距误差分析及补偿

文章以成形法加工大型圆柱齿轮的齿距误差为研究对象,依据齿轮齿距精度评价方法,对数控回转台分度误差、刀具磨损误差和机床热变形误差对齿距误差的影响进行了讨论,分析了连续分度、距齿分度加工方式对齿距误差的影响规律。采用一种在齿轮精加工工序中跨齿分度加工方法以减小齿距误差,并通过实验进行了验证。研究表明,采用跨齿分度方法可有效降低因回转工作台分度分辨率、刀具磨损和机床热变形造成的齿距类误差,提高大型圆柱齿轮齿距类误差的加工精度。     

工艺参数对直齿圆锥齿轮振动摆辗下模应力影响的有限元分析

为防止直齿圆锥齿轮摆辗下模齿根断裂、齿顶磨损等缺陷,在摆动辗压成形基础上,建立三维有限元模型,对不同摆头倾角和进给速度下成形直齿圆锥齿轮进行了有限元模拟与分析,通过对摆辗下模轮齿上的特定点进行受力分析,探讨了不同摆头倾角和进给速度对直齿圆锥齿轮振动摆辗成形过程中摆辗下模应力的影响,并对这两个参数进行正交模拟试验。数值模拟结果表明,当进给速度v=5 mm·s~(-1)、上模摆头倾角γ=2°时,摆辗下模轮齿的受力更均匀,摆辗下模的疲劳磨损更小,使用寿命高。     

直齿圆柱齿轮挤压工艺实验

论述了温挤压成形时存在模具磨损与挤出齿轮件头部凸的问题,分析了其产生的原因与造成的后果.为了节约成本与生产顺利进行,采用冷挤压工艺方案进行工艺实验.实验研究了齿轮相关参数﹑挤压力估算﹑工艺过程与模具结构优化,成功地挤出直齿圆柱齿轮零件,经过分析比较,冷挤压挤出的齿轮零件表面质量比温挤压的好,而且没有发现模具磨损现象.实验表明,冷挤压工艺方案是可行的,且能提高模具寿命﹑改善齿轮件的表面质量和节约成本.     

伞齿轮平面板极电渣堆焊

伞齿轮是汽车上的重要传动零件,材料为20CrNiMo钢,外径310毫米,内径250毫米,堆焊面宽60毫米。齿轮在使用过程中,牙面极易磨损,牙也经常被打断。如何修复这类齿轮,是汽车修理工作的一个难题。曾试图用合金钢焊条堆焊被磨损的齿面,但因熔合不良,极易产生裂纹,变形等缺陷而未能采用。后又采用在伞齿轮背面用气焊堆焊一层15毫米厚与工件相同的金属,然后把已磨损的齿车掉,重新铣齿的方法。这种方法劳动强度大、成本高,每个齿轮约35元,且堆焊质量不能保证,所以也不宜采用。板极电渣堆焊平面是电渣焊的一种特殊应     

圆弧齿线圆柱齿轮动态接触性能分析

齿轮动态接触性能将直接影响传动平稳性和承载能力。为了研究圆弧齿轮啮合过程中动态接触特性的时变规律,基于大刀盘铣削加工圆弧齿轮原理,借助MATLAB与UG建立精确的齿轮三维模型;借助ANSYS对圆弧齿轮副进行显式动力学分析,研究了点接触形式的圆弧齿轮的齿面接触应力分布情况;同时通过对齿轮副从静止到启动这一动态过程的模拟,探究了轮齿接触应力和啮合冲击的时变规律;最后,通过对不同齿宽系数的齿轮接触应力时变规律的研究,揭示了齿宽系数对圆弧齿轮的传动平稳性及承载能力的影响规律。实验结果表明,当齿宽系数在0.35~0.6范围内变化时,齿宽系数越大,齿轮的啮合冲击越大,而接触应力越小,为圆弧齿轮的设计及工程应用提供了理论依据。     

Gear tooth stiffness reduction measurement using modal analysis and its use in wear fault severity assessment of spur gears

Due to excessive service load, inappropriate operating conditions or simply end of life fatigue, damage can occur in gears. When a fault, either distributed or localised, is incurred by gears, the stiffness and consequently vibration characteristics of the damaged tooth will change. A possible non-destructive technique for damage detection and severity assessment can be derived from vibration analysis. This paper presents the use of vibration analysis in the detection, quantification, and advancement monitoring of damage incurred by spur gear teeth. The stiffness of a single spur gear tooth is analysed theoretically, and due to the difficulties in measuring the gear tooth stiffness, an experimental procedure based on the modal analysis is developed to assess the severity of the gear tooth damage. A pair of spur gears was tested under accelerated wear conditions, and conventional time and frequency domain techniques are applied to the gear vibrations to indicate the presence and progression of the wear. The developed modal stiffness assessment technique is then used to quantify the resulting wear damage to the spur gear teeth.     

Critical review of electrochemical honing (ECH): sustainable and alternative gear finishing process. Part 1: conventional processes and introduction to ECH

Surface characteristics of gears affect the various performance characteristics of the gears such as load carrying capacity, service life, operating performance, wear characteristics, transmission characteristics and noise generation characteristics. Surface characteristics of a gear have two major components namely (i) surface quality which includes surface finish, micro-geometry (i.e. form and location errors), tooth flank topology and wear characteristics; and (ii) surface integrity aspects which includes microstructure, microhardness and residual stresses. This paper discusses here in Part 1 conventional gear surface finishing processes and their advantages and limitations, and introduces the electrochemical honing (ECH) process to improve the surface characteristics of different types of gears, working principles, mechanism of material removal and equipment details. Part 2 will give a review of past work, and discuss effects of various process parameters on surface characteristics and finishing productivity (i.e. material removal rate), advantages and limitations, and its other applications. This review paper aims to establish ECH as one emerging alternative, economical, productive and sustainable gear finishing process.     

涂镀合金层的铸铁齿轮耐磨损性能的研究

研究了HT250铸铁齿轮表面涂镀Ni-W和Ni-Go合金涂层的耐磨损性能.磨损试验结果表明:合金涂层能显著提高铸铁齿轮的耐磨损性能.采用电子显微镜、光学显微镜等对铸铁齿轮表面上的合金涂层的表面形貌、横截面组织、纵截面组织、显微硬度、磨损形貌特征等进行了分析.     

滚齿机床振动对齿轮几何精度的影响

滚齿机床切削加工过程中,刀刃成排轮流从切入到切出,切削力由小逐渐变大,再逐渐变小,在工件和刀具之间产生周期性的激振力,使刀刃和工件加工表面产生相对位移,对加工齿轮的几何精度产生影响。研究机床结构振动与被加工齿轮精度的关系,建立滚刀和工件加工表面产生的相对位移对齿轮几何精度影响的理论模型,定量推导出了由此相对位移产生的齿廓误差;通过大量实验,对滚刀和工件加工表面产生相对位移对应的齿轮齿廓误差进行在线精密测量;使用此齿廓误差减法运算新方法,对两组实验数据进行对比分析。结果表明:提出的运算新方法能够准确地处理数据,实验数据很好地验证了建立的理论模型的正确性,误差小于2%。     

On ultrasonic assisted abrasive flow finishing of bevel gears

Finishing of bevel gears is an important requirement in many machining shop floors. Variants of abrasive flow machining (AFM) could be plausible solutions for finishing such parts with intricate geometries. In the present work, a relatively new variant of AFM called ultrasonically assisted abrasive flow machining (UAAFM) technique was employed to finish bevel gears made of EN8 steel. An analysis of the process has been presented with suitable illustrations. A finite element simulation of the behavior of the medium during finishing of bevel gears using the UAAFM process has been presented. A 3D model was constructed to simulate the flow of medium through the outer wall of the gear tooth surface using computational fluid dynamics (CFD) approach. The velocity, pressure and temperature values along the length of the workpiece were computed for both UAAFM and the conventional AFM processes. Further, the effectiveness of the process was investigated through experimental trials by conducting a comparison study between classical AFM and UAAFM. Ultrasonic frequency, extrusion pressure, processing time and the media flow rate were considered as the input variables while improvements in surface finish and material removal were considered as the monitored outputs. Results confirm that improvements in surface roughness and material removal are significantly higher than those obtained with conventional abrasive flow machining. The study further reveals that, the applied high frequency (ultrasonic) vibration to the workpiece has the maximum influence on the process responses among the variables considered.     

重载齿轮热处理及应用

重载齿轮是指传递功率大、承载大、低速、受冲击载荷大的齿轮,技术要求其具有优良的耐磨性能、较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度等,同时具有较高的抗冲击和承载能力,所以需要对其进行强化热处理,以提高综合力学性能及使用寿命。重载齿轮常用的强化热处理工艺有渗碳淬火、渗氮以及感应淬火等。本文综述了重载齿轮上述3种热处理技术的应用情况及进展,并提出重载齿轮真空低压渗碳的应用前景。     

齿轮齿面喷丸强化研究现状与展望

疲劳与磨损是齿轮啮合过程中齿面的主要失效形式,严重影响齿轮的综合使用性能。喷丸强化工艺能够有效提高齿面抗疲劳和耐磨损性能,是一种重要的齿轮齿面强化方法。通过国内外文献分析可知:喷丸强化主要存在应力强化和组织强化两种强化机制。喷丸工艺参数对齿轮表面完整性影响的主要规律包括:残余压应力大小与工件硬度、强度成正比,而工件材料硬度越高,冷作硬化效果越弱;齿面粗糙度随覆盖率适当地增加而减小,随喷丸强度的提高而增大;喷丸强度、覆盖率、弹丸直径等喷丸工艺参数决定了残余奥氏体的转化量等。同时,国内外在喷丸强化工艺对齿轮接触疲劳性能、传动性能、磨削烧伤作用机理方面开展了大量研究,主要结论如下:残余压应力、硬度、晶粒细化程度的增加是齿轮接触疲劳性能提升和磨削烧伤修复的主要原因,喷丸引起的齿面粗糙度升高制约了齿轮使用性能的提升,可通过齿面抛光等精加工工艺来改善。此外,介绍了微粒喷丸、二次喷丸、振动喷丸等新型喷丸强化方法,从表面性能、环保、工程应用、疲劳性能等方面,客观评价了新型喷丸强化方法的优点与不足。最后,对齿轮齿面喷丸强化工艺进行总结,并对其发展趋势进行了展望。