The spur planetary gear torsional stiffness and its crack sensitivity under quasi-static conditions

The sun–planet and ring–planet tooth mesh stiffness variations and the resulting transmission errors are the main internal vibration generation mechanisms for planetary gear systems. This paper presents the results of torsional stiffness analysis of involute spur planetary gear systems in mesh using finite element methods. A planetary gear model with three planet gears and fixed ring gear and its subsystem models have been developed to study the subsystem and overall torsional stiffnesses. Based on the analysis of torsional mesh stiffness, predictive models for single branch sun–planet–ring and overall planetary gear torsional stiffnesses have been proposed. A crack coefficient was introduced to the sun–planet and ring–planet meshes to predict the effect and sensitivity of changes to the overall torsional mesh stiffness. The resulting mesh stiffness crack sensitivity of the overall gear system was analysed under quasi-static conditions. It was found that the carrier arm stiffness has great influence on the crack sensitivity while the overall stiffness was most sensitive to the crack on the sun–planet mesh.     

张力拉矫机的二自由度行星齿轮减速箱故障诊断研究

张力拉矫机是生产带钢非常重要的关键性设备,某钢厂冷轧酸洗线的张力拉矫机主减速箱是二自由度差动轮系结构,行星包中的太阳轮、行星轮和大齿圈、行星架都同时运转,其运行轨迹复杂。为研究1#锥齿减速箱和主减速箱振动大的原因,对其进行振动信号测试和频谱分析,分析结论得出,引起主减速箱和1#锥齿减速箱振动大的主要原因是主减速箱中行星包中齿轮啮合不良,并且推测出行星轮有严重损伤。实际检测结果表明,基于传统的频谱分析能够识别出行星齿轮箱的故障。     

谐波齿轮几何模型参数优化及ADAMS仿真研究

谐波齿轮为一类新型传动器件,结构紧凑且运动传递过程复杂。为形象理解谐波齿轮,以受到关注较少的滚珠活齿谐波齿轮为例建立其几何模型,通过数值计算对其关键参数进行了优化设计。根据几何模型及参数优化结果在ADAMS中建立该型谐波齿轮的实体模型,分常值和正弦指令转速两种情况进行了仿真。数值仿真结果与几何模型相符,直观地反映了谐波齿轮的传动特性,研究为含有谐波齿轮的传动系统建模打下了基础。     

A study on stress and vibration analysis of a steel and hybrid flexspline for harmonic drive

The conventional speed reducer uses the concept of rigid bodies, but the harmonic drive is operated by the elastic theory. As for this, harmonic drive shows different characteristics in operation principles and analysis compared to the conventional ones. Flexspline with components of harmonic drive can generate repeated vibration by the wave generator. Thus flexspline should have a good vibration characteristic. In this paper, a study on stress, deformation and related vibration characteristics using the finite element method tool has been carried out on the flexspline as a part of speed reducer. The damping ratio of composite flexspline is also five times as high as that of the steel flexspline. As a result of this study, composite flexspline has shown an improved quality compared to the conventional steel flexspline at the natural frequency, stiffness and damping capacity.     

行星齿轮两档变速器的纯电动汽车性能仿真

由于电动汽车采用固定速比减速器,驱动电机很难同时满足车辆的爬坡性能和最高车速要求,因此设计开发了行星齿轮两档变速器。利用ADVISOR软件建立行星齿轮两档变速器的纯电动汽车仿真模型,然后选择CYC_ECE_EUDC_LOW循环工况,对纯电动汽车性能进行仿真。结果表明:行星齿轮两档变速器的纯电动汽车能够满足我国纯电动汽车动力性要求,且电机大部分工作在高效率区域,为电动汽车的设计和参数选取提供理论依据。     

基于柔性流程的NGW行星齿轮减速器CAD系统开发

分析了NGW行星齿轮减速器传统设计方法的缺陷,提出了柔性设计流程,该方法允许用户在计算机自动设计的过程中,通过用户交互接口调整参数,并通过比较得到合理的设计结果.简述了系统的功能模块和关键技术,开发了计算机辅助设计系统,缩短了设计和开发周期.     

高速逆流色谱仪行星架材料选择与性能分析

行星架是高速逆流色谱仪的重要组成部分,选择合适的材料,对行星架的强度以及整个行星系统的稳定运转十分重要。从行星架的强度、刚度以及高速运行环境考虑,进行5083铝合金、7075铝合金、40Cr合金钢以及TC4钛合金4种耐腐蚀合金的选材分析。运用ANSYS Workbench分析4种材料的行星架在高转速3 000 r/min下的变形、等效应力以及疲劳寿命;对更换行星架材料后的整个转子系统进行模态分析。分析结果表明:4种备选合金材料均能避开电机的激振频率,并达到行星架持续稳定运转的各项性能要求。其中,5083铝合金质量最轻,成本适中,是行星架材料的首选。     

多级行星轮系减速器的降噪研究

以传统的边频信号识别技术为手段,对某型号的三级行星齿轮减速器故障进行测试与分析,分析表明,该型减速器的第一级太阳轮的转动轴线偏离理论轴线,从而使得行星架和行星轮的转动轴线也偏离理论轴线,导致Ⅰ级的行星轮和Ⅰ级的太阳轮转动都出现了偏心,引起较大的振动与噪声。另外,对减速器进行的模态分析还表明,行星齿轮在较大的啮合冲击激励下发生了共振,加大了减速器的噪声。经对其结构进行改进,使其噪声下降了2.5 dB(A)。     

转速与负载对减速器振动噪声的影响研究

以单级圆柱齿轮减速器为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度及误差激励的影响建立了传动系统动力学模型。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法对减速器振动噪声辐射进行了分析,得到了齿轮箱节点动响应时域历程及声场场点噪声谱,论述了激励中各谐波成分对齿轮箱振动噪声辐射的影响。对多工况下齿轮箱振动噪声辐射进行了计算,就转速及负载对减速器振动噪声的影响做出了分析,得到了系统动载荷随转速的变化规律,噪声辐射随负载变化规律以及齿轮箱共振频带分布,为减速器的减振降噪设计提供了理论基础。     

印刷机偏心滚子轴承接触应力与变形仿真分析

目的对偏心轴承接触应力与滚子静、动态变形进行研究,得到接触应力与变形和结构与工况因素的关系。方法在Hertz线接触与弹流润滑理论下,建立滚子接触应力模型及静、动态滚子间接触变形的关系模型,利用有限元软件Ansys仿真计算。建立静、动(润滑与转速)态下滚子变形之间的关系公式,分析印刷机偏心双列圆柱滚子轴承的接触应力与变形及相互关系。结果滚子与内外套圈的接触应力均随径向载荷的增大而增大,滚子与内套圈的接触应力大于滚子与外套圈的接触应力;滚子的总接触变形量与径向载荷呈正比关系,滚子的内外接触应力与滚子的总接触变形量也呈正比关系;滚子的边缘出现应力集中,须用设计凸度的方法降低,从而更好地提高偏心轴承的整体性能。结论根据接触应力与变形的关系,可为偏心轴承的设计与优化提供理论依据。     

汽车齿轮的振动测试与分析

阐述汽车齿轮振动测试系统的组成和测试方法,并利用测试结果对四种典型故障引起的振动进行分析。研究引起汽车齿轮振动的主要原因,为降低汽车齿轮的振动和噪声提供了某些依据。     

加速工况下传动系统扭转振动分析

传动系统对整车振动和噪声有着重要的影响。作为一个复杂的多自由系统,包括齿轮啮合刚度的非线性和传动轴、半轴等柔性体。首先根据齿轮啮合传动的动力学模型,基于Hertz碰撞理论建立了变速器5档传动齿轮的啮合刚度分析模型;然后建立了车辆传动系统的多体动力学模型,包括变速器齿轮、传动轴、差速器、半轴和轮胎结构,分析得到系统固有特性;融合基于Hertz碰撞理论的变速器传动模型和基于多体动力学的刚柔动力学模型,对加速工况的强迫扭转振动进行了仿真与分析,对比了含非线性齿轮传动的刚体模型及刚柔结合模型的分析结果,最后通过实车进行了验证。     

行星齿轮箱太阳轮故障动态啮合周期特性

与定轴齿轮箱相比,行星齿轮箱内部齿轮副复杂的相对运动所引发的振动响应更加复杂多样,因而对其关键部件进行故障诊断颇具挑战。当内部轮齿发生故障时,由于故障啮合位置的动态性引起传递路径的时变性,固定在系统箱体上的单个传感器观测到的故障信息强度亦将呈现不规则变化的独特性。若想恰如其分的利用这些故障信息实现简单而有效的诊断,需重点关注故障啮合位置的周期特性,而后基于该周期所观测的信号进行“统筹兼顾”的分析,便可突显出各类故障的差异性。该研究在深入研究行星齿轮系统内部齿轮副的运行规律的基础上,创新性的提出了确定太阳轮故障动态啮合位置周期的方法,并考虑了以下两种情况:行星轮各不相同;行星轮完全相同。基于上述两种情况分别推导出太阳轮和行星架所需的最小旋转圈数的一般性表达式,该表达式可用于计算齿圈固定型的行星齿轮箱中的太阳轮故障啮合位置的运动周期。最后通过实验提出并验证了基于上述周期的故障诊断最小数据长度。     

高速列车轴箱圆柱滚子轴承启动过程的打滑动力学特性

轴箱轴承的动力学性能对列车安全、平稳运行有非常重要的影响。基于刚性套圈假设建立轴承内部变形几何关系,采用Hertz接触理论描述滚子与套圈的接触关系,采用线性压缩弹簧来模拟滚子与保持架之间的相互作用,考虑拖动系数随滑移速度的非线性关系计算滚子与套圈的摩擦力,建立考虑内圈、滚子和保持架自由度的圆柱滚子轴承的动力学模型,研究轴承启动过程中的运动学特性和力学特性。结果表明:在轴承启动过程中,滚子自转转速抖动上升;启动初始阶段滚子打滑明显,其中滚子在刚进入承载区时出现的打滑对轴承性能影响较大;轴承启动的初始阶段,滚子与内圈的摩擦力和与保持架的接触力变化剧烈,且随内圈角加速度的增大而增大。     

基于阶次分析技术的行星齿轮箱非平稳振动信号分析

行星齿轮箱启动、停止和负载发生变化时,转速会发生变化并使得行星齿轮箱的振动信号具有明显的非平稳特性。行星齿轮箱复杂的结构特征导致了振动信号的复杂性,使得常规的频谱和解调分析方法难以识别时变工况下的行星齿轮箱故障特征频率。本文在行星齿轮箱故障特征频率的基础上,考虑转速变化特征,总结了行星齿轮箱太阳轮、行星轮及齿圈的故障阶次特征表。通过对行星齿轮箱变转速工况下太阳轮故障实验信号的阶次分析,实现了变转速情况下行星齿轮箱太阳轮故障诊断,并与传统的频域信号分析方法比较,体现了阶次分析技术在行星齿轮箱变工况故障诊断过程中的优势。     

高低瓦楞纸板夹芯成形装置的开发设计

目的为配合正在研究的具有二次抗冲击性能的高低瓦楞夹芯纸板,采用瓦楞辊组专利技术中瓦楞辊齿形参数,开发设计高低瓦楞夹芯纸的成形装置,验证高低瓦楞夹芯成型的可行性。方法在确定试验用纸板宽度尺寸、纸板弯曲变形屈服强度等参数的基础上,计算纸板弯曲成形所需压力值,确定电机功率,并根据试验滚压速度,设计传动系统及其他零部件。结果电机功率为0.1 k W,滚压速度为3~15 r/min,对应的变频调速频率为6~30 Hz,成形装置装配调试后均达到设计要求。结论成形装置证明了高低瓦楞夹芯成形的可行性,由于上、下瓦楞辊高齿进入滚压和低齿进入滚压的力的作用点和方向不同,导致上瓦楞辊产生轻微的周期性弹跳,而使成形不充分。     

行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征

行星齿轮箱的局部故障容易发展成为组合故障,复合故障频谱特征与局部故障有明显区别。研究太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈等组合故障频谱结构对行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑组合故障对振动信号的调幅-调频作用,以及时变振动传递路径的调幅作用,建立了组合故障振动信号模型,推导了Fourier频谱公式,总结了组合故障的频谱特征规律。推导了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮两两组合故障以及太阳轮、行星轮与齿圈三种齿轮同时故障的特征频率计算公式。通过行星齿轮箱实验信号分析验证了理论推导结果,基于Fourier频谱分析诊断了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮组合故障。     

行星滚柱丝杠副运转过程动态特性分析

以行星滚柱丝杠副为研究对象,建立行星滚柱丝杠副有限元模型。基于显式动力学有限元算法,采用全积分单元进行沙漏控制,通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度,对行星滚柱丝杠副进行动态特性分析。分析结果表明：随着滚柱转速增大,丝杠相对滚柱的轴向位移、速度大小及波动幅度均变大;不同转速下,螺纹牙上同一接触单元von Mises应力基本一致;同一转速下,丝杠副的4个螺纹牙上的接触单元均存在载荷分布不均现象,且第1个螺纹牙上的von Mises应力波动最大;丝杠侧接触单元von Mises应力大于螺母侧接触单元von Mises应力。     

Development of guide rollers using electroplated carbon fiber-epoxy composite for thin polymer film processing

Since thin polymer films can not sustain the large tension generated from the rotational inertia of a guide roller during start and stop periods of film processing and can be easily damaged by the rough surface of the guide roller, the guide roller should have low rotational inertia, low friction coefficient, high bending stiffness and fine surfaces.

The carbon fiber-epoxy composite material electroplated with chromium has excellent properties for the structure of the guide roller due to its high specific modulus and high damping, which reduces induced vibrations.

In this paper, the design and manufacturing methods as well as the static, dynamic and frictional characteristics of the carbon fiber-epoxy composite rollers electroplated with chromium were investigated using analytical and experimental methods to improve the performance of the high speed guide roller.