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。归纳了现有基于微观结构建模和微结构力学本构模型的齿轮疲劳数值模拟方法,用来描述齿轮接触疲劳中的微结构力学行为,以提升对齿轮疲劳关键特征和机理的理解。重点对齿轮存在的多种接触疲劳失效形式进行了详细阐述,分析了影响齿轮接触疲劳失效的主导因素、诱发的微观结构与力学性能变化特征以及潜在机理。为进一步理解齿轮服役过程中的微观结构演化特征与力学性能退化的关联关系以及接触疲劳失效内在机理、形成高性能齿轮抗疲劳设计制造方法提供了参考。     

基于EEMD能量熵的齿轮接触疲劳试验点蚀分析

为了研究大模数合金钢齿轮采用单齿表面感应淬火热处理工艺后的接触疲劳特性,进行了相应的齿轮接触疲劳试验。采用总体平均经验模态分解(EEMD)将采集的振动信号分解,并计算其能量熵,进而分析试验过程中能量熵值变化情况,以及其与齿面点蚀情况的对应关系;从而可以将能量熵值作为一个辅助性指标来判断齿轮是否点蚀失效,完善齿轮接触疲劳试验点蚀失效的判据,为齿轮疲劳寿命预测提供基础试验数据。     

GB12759—91型双圆弧齿轮调质钢接触疲劳强度的可靠性试验与分析

本文在22对GB12759—91型(以下简称91型)双圆弧齿轮调质钢接触疲劳加速寿命试验的基础上,经过数据处理,得出了91型双圆弧齿轮的接触疲劳寿命分布及不同失效概率下的P—S—N曲线族和接触疲劳极限应力的分布规律。为91型双圆弧齿轮碳钢调质接触疲劳强度的可靠性计算提供了有实验基础的参考数据。同时,通过薄膜复型,得到了一系列双圆弧齿轮齿面点蚀失效照片,为研究双圆弧齿轮的点蚀失效机理提供了依据。     

齿轮传动疲劳点蚀失效的试验研究

应用齿轮试验机进行齿轮传动疲劳点蚀试验,研究齿轮疲劳寿命的分布类型,确定分布参数,并计算可靠度及可靠寿命;建立齿轮传动系统中疲劳点蚀故障的随机过程模型,研究齿轮疲劳点蚀故障的分布特征、趋势特征。结果表明:齿轮疲劳寿命为对数正态分布;齿轮疲劳点蚀失效首先是一个更新过程,通过进一步的检验分析,其寿命特征没有呈现出增大的趋势,即齿轮故障模型不是一个非时齐的泊松过程,通过验证,该过程为时齐泊松过程。     

大型低速重载齿轮接触疲劳抗力因素研究

疲劳失效是机械零件非常常见的失效方式之一,数据显示,80%以上机械零件失效归因于疲劳失效。接触疲劳最常见的破坏形式,是齿轮等零件在接触压应力的反复长期作用后所引起的一种表面疲劳剥落损坏现象,特别是矿山机械的低速重载齿轮,大部分失效形式均为齿面接触疲劳失效。本文通过理论依据及实验分析,总结大型低速重载齿轮接触疲劳抗力因素,为保护齿轮表面、提高齿轮寿命提供较为有效的理论依据及保护措施。     

高速重载燃油泵齿轮副疲劳寿命预测方法研究

本文针对高速重载航空燃油齿轮泵的齿轮疲劳失效问题，开展了齿轮副的疲劳寿命预测研究。首先，采用赫兹接触模型理论和悬臂梁等效模型等解析法和有限元法，分析了齿轮的许用安全系数及啮合接触应力；其次，进行了齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的有限元计算；最后，采用有限元法进行了3种典型工况下的齿轮疲劳寿命预测。研究结果表明，齿轮接触及弯曲强度安全系数和接触应力均满足材料强度要求，齿轮齿面可靠性不低于99.97%，预测疲劳寿命为5027h，达到了该型齿轮泵设计寿命要求。     

采煤机齿轮轴有限元接触疲劳分析

工程中由于材料疲劳引起零构件失效几乎占到50%~90%,而渐开线圆柱齿轮的常见失效形式是疲劳点蚀。运用Pro/E、MATLAB、ADAMS、ANSYS联合仿真,提取采煤机在实际工况下齿轮的驱动力矩,加载于有限元软件ANSYS上进行齿轮接触的静态分析,并根据分析结果找出其薄弱环节,使用ANSYS的疲劳分析模块分析其疲劳寿命,结果显示齿轮满足其疲劳强度要求;研究方法对类似零件接触的结构抗疲劳评估校核有较高的参考价值。     

齿轮传动多模式失效的时变可靠性分析

提出一种在多种失效模式下的齿轮传动时变可靠性模型和计算方法.以齿轮疲劳寿命系数与应力循环次数之间的关系曲线建立齿轮强度时变模型,进而建立同时考虑齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的可靠性分析模型.基于一次二阶矩方法推导齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的时变概率计算公式,并推导出了这两种失效模式的联合失效概率密度函数的...     

40Cr调质齿轮接触疲劳点蚀形貌分析及机理研究

本文应用扫描电镜，对多个失效齿轮进行了观察，研究了４０Ｃｒ调质齿轮接触疲劳点蚀的失效形貌，以及齿面疲劳的形成过程，探讨了疲劳裂纹的形成机理和预防对策。     

40Cr调质齿轮接触疲劳点蚀形貌分析及机理研究

本文应用扫描电镜，对多个失效齿轮进行了观察，研究了４０Ｃｒ调质齿轮接触疲劳点蚀的失效形貌，以及齿面疲劳的形成过程，探讨了疲劳裂纹的形成机理和预防对策。     

极限载荷工况下滚珠丝杠副疲劳弹性寿命研究

滚珠丝杠副因高精度、高可靠性等特点,被广泛应用于机械、航空航天及核工业等领域。传统滚珠丝杠副寿命计算方法是以疲劳点蚀为失效判定依据,而在航空航天等极限载荷工况下,滚珠丝杠副需要在短时间内承受几近额定静载荷的负载,其主要失效形式将变为塑性变形失效。因此,基于疲劳点蚀的疲劳寿命理论和计算方法不再适用。基于滚珠丝杠副的塑性接触变形特性提出了疲劳弹性寿命的概念及计算方法。基于滚珠丝杠副刚性试验台设计了疲劳弹性寿命测试方法并进行了试验,发现提出的疲劳弹性寿命计算方法的误差在15%以内。通过灵敏度分析,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命的影响最大的为适应比,其次是接触角、导程、轴向载荷、丝杠节圆直径,滚珠直径最小。     

齿轮疲劳试验下的寿命估算研究

为了提高齿轮接触疲劳寿命预测精度,提出了一种基于三参数Weibull分布参数估计的齿轮接触疲劳试验寿命预测方法,并搭建20CrMnTi合金材料的齿轮疲劳寿命试验对该方法进行可靠度分析.研究结果表明:故障率密度函数随循环次数递减,逐渐趋于平缓,齿轮点蚀现象出现在齿轮机构的早期故障期.同时可靠度函数随循环次数开始迅速下降,然后逐渐趋于平缓,当齿轮的循环次数达到后,齿轮的可靠度下降到50％,需要停机观察齿轮表面的点蚀坑的面积来判断齿轮机构是否可以继续运行.     

渐开线齿轮接触疲劳可靠度计算

渐开线齿轮的点蚀破坏是由于接触疲劳引起的。由于齿轮的工况多变，制造工艺水平有差别，影响接触疲劳应力与强度的因素多，本文用疲劳损伤强度和总疲劳损伤量两个随机变量描述疲劳失效随机事件，得出了用概率描述的累积损伤模型。     

汽车变速器齿轮偏载点蚀失效分析及优化设计

齿轮是汽车变速器核心动力传动部件,齿轮的正确啮合与否直接关系到变速器的工作性能。本文以某乘用车变速器为研究对象,针对变速器在疲劳寿命试验中出现的偏载点蚀问题,采用试验分析方法与应用MASTA软件和有限元仿真分析相结合的方法,分析齿轮偏载点蚀失效原因,并根据分析结果优化齿轮微观修形参数以解决齿轮偏载点蚀失效问题。本文通过这种方法分析出变速器系统变形和齿轮轴向窜动造成齿轮偏载点蚀失效,通过优化齿轮微观修形参数可以解决齿轮偏载点蚀失效问题。     

多工况下的直齿轮接触疲劳寿命仿真研究

基于直齿轮静力学分析的应力特征和瞬态动力学的应力时间子步历程,结合弹流润滑理论下的齿面摩擦因数,使用Workbench建立直齿轮接触疲劳寿命模型。通过弹性力学赫兹接触理论对静力学有限元仿真结果进行校核,确定应力历程输入中的放缩系数,估计材料的S-N曲线,并在Palmgren-Miner线性损伤理论框架下,利用nCode计算直齿轮接触疲劳寿命,得到寿命云图和危险节点位置。结果表明：齿轮接触疲劳的危险节点多出现在齿面沿齿宽方向线接触的两端位置,输入转速、负载转矩与接触疲劳寿命呈负相关,摩擦因数与接触疲劳寿命呈正相关,负载转矩对接触疲劳寿命的影响幅度最大。     

基于齿廓修形的齿轮微点蚀性能试验

对渐开线齿轮的齿顶和齿根进行齿廓修形,并将修形齿轮和未修形齿轮放置在接触疲劳试验台上进行对比试验,通过测量齿廓波动偏差和齿面形貌观察了齿面微点蚀的变化情况.结果表明,相同循环次数下,修形齿轮的微点蚀深度和面积都远小于未修形齿轮;修形齿轮的微点蚀扩展速率也远小于未修形齿轮.当齿轮出现接触疲劳失效时,修形齿轮的循环次数要远高于未修形齿轮的循环次数.由此可以判定,该齿廓修形在很大程度上提升了齿轮的抗微点蚀能力和接触疲劳性能.     

齿轮弯曲疲劳强度与寿命及计算机辅助计算

齿轮因工作环境不同而失效形式也复杂多变。针对齿轮齿根疲劳断裂这一最主要的失效方式理论及预测进行研究,重点分析了直圆柱齿轮的弯曲疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹萌生和扩展的理论及计算。在此基础上通过计算机辅助计算,分析证实了理论计算的科学性和与实际情况的一致性。研究齿轮的疲劳强度和疲劳寿命在工业应用上有重要的意义和价值,疲劳试验成本较高,使用此理论计算方法对疲劳寿命和裂纹扩展进行模拟为实际应用和工业生产提供了重要参考。     

基于Lundberg-Palmgren理论的行星轮系齿轮点蚀疲劳寿命计算

介绍了Lundberg-Palmgren理论及基于该理论的外啮合齿轮点蚀寿命计算方法,考虑到行星轮系中行星轮与内齿圈为内啮合接触,提出了内啮合轮齿基本额定动载荷计算方法,主要修正因素包括综合曲率半径、啮合线长度等。最后以某减速器为算例,计算了该行星轮系各齿轮的点蚀寿命,结果表明:太阳轮的点蚀计算寿命最低,内齿圈的寿命最高,轮系齿轮总点蚀寿命为6.08×10~6h。     

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.     

齿轮接触疲劳可靠性寿命的计算

本文把齿轮接触疲劳失效处理成随机事件，以它为研究对象，用两个新的随机变量描述它，得出用概率描述的疲劳累积损伤概率模型。基于这个模型，提出计算齿轮接触疲劳可靠性寿命的新方法