螺旋齿轮面接触应力理论计算

应用赫兹理论和齿轮啮合理论给出螺旋齿轮齿面接触应力的计算方法和相关公式,算例的计算结果表明螺旋齿轮齿面接触应力明显大于相近参数的圆柱斜齿轮,这是此类齿轮用于主传动时普遍出现齿面磨损的一个重要原因,因此在设计确定齿轮参数量必须校核接触应力。     

基于弹流润滑与动力学耦合的WN齿轮传动的强度设计

提出应用动力学与弹流润滑耦合原理进行WN (Wildhaber Novikov)齿轮强度分析的方法.依据振动学、油膜承载机理及其数值分析法,结合WN齿轮啮合原理,创建了该齿轮传动润滑与振动力学耦合分析模型.利用齿轮副的接触弹性和接触衰减描述轮齿弯曲载荷,考虑了啮合中同时啮合齿数变化对其刚度的影响,进行了啮合过程中多因素综合情况下的强度分析.计算分析与实验结果相符,为WN齿轮传动及其结构强度优化设计提供了参考.     

同功重比修形斜齿和直齿面齿轮性能对比研究

为深入了解同功重比修形斜齿与直齿面齿轮的性能差异,选择更适合于高速重载工况下的面齿轮传动.基于啮合原理推导了修形斜齿与直齿面齿轮齿面方程,基于CATIA建立了修形斜齿与直齿面齿轮三维模型,采用有限元接触分析方法,以接触应力、弯曲应力和重合度为面齿轮传动性能指标展开研究.研究结果表明:修形斜齿面齿轮相比修形直齿面齿轮接触应力大幅降低,算例最大接触应力降低16.3%;修形斜齿面齿轮相比修形直齿面齿轮弯曲应力大幅降低,算例最大弯曲应力降低32.4%;修形斜齿面齿轮相比修形直齿面齿轮重合度大幅提高,算例重合度提高10.3%.所以同功重比情况下,修形斜齿面齿轮传动性能优于修形直齿面齿轮,前者更适合于高速重载工况下的轻量化设计.     

基于时变载荷的齿轮摩擦功率损失计算研究

应用齿轮啮合原理、齿轮接触分析和摩擦学理论,提出考虑齿轮瞬态啮合过程中传动效率随齿面接触载荷时变的齿轮摩擦功率损失计算方法;建立了啮合齿面间的相对运动速度、接触压力、滑动摩擦系数及摩擦功率损失的计算模型,并编制了计算程序;分析了齿轮几何参数、运行工况及润滑油温度等对齿轮摩擦功率损失的影响规律.研究结果为齿轮传动及其润滑系统的合理设计提供理论依据.     

混合弹流润滑下人字齿轮系统动态啮合效率研究

为准确有效计算人字齿轮啮合效率,更好分析人字齿轮系统传动特性,建立滚动轴承支撑、同时考虑啮合刚度激励、啮合冲击激励及齿面啮合摩擦激励的人字齿轮传动系统12自由度动力学模型。分析啮合齿面润滑机理,通过齿面接触分析及轮齿承载接触分析程序,计算啮合齿面滑动摩擦系数及摩擦损失功率;在此基础上获得人字齿轮动态啮合载荷下齿面动态啮合效率。以人字齿轮传动系统参数为实例进行验证,分别计算齿面啮合静态效率、齿面啮合动态效率及参照AGMA标准的啮合效率。结果表明,齿面啮合效率以啮合齿频为周期,动态啮合效率低于静态啮合效率,符合因各动态激励因素存在导致系统能耗增大趋势,计算结果均值与AGMA标准值基本一致。表明该计算方法合理有效。     

面齿轮副齿面磨损动态响应及其典型特征分析EI北大核心CSCD

为了揭示齿面磨损对面齿轮传动的影响,提出了一种结合黏着磨损公式的面齿轮副齿面接触分析方法。通过齿面接触分析得到面齿轮副接触椭圆离散点上的相对位移及接触应力,再根据黏着磨损公式可以定量得到齿轮的磨损深度;编写了含磨损的面齿轮副齿面坐标,并在ABAQUS软件中计算了不同磨损下系统的啮合刚度;将齿面磨损等效为齿面偏差,讨论了不同磨损对静态传递误差的影响;对比了面齿轮副在正常和磨损时的动态响应,分析了转矩对磨损的影响。结果表明:齿面磨损主要影响啮合刚度和静态传递误差的幅值,并且会导致加速度与啮合力幅值的快速增长;转矩的增大会引起磨损加重;相比于无量纲统计指标,加速度均方根对于磨损故障更敏感。     

刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析

基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了刚柔耦合齿轮三维接触动力学模型和动力学分析新方法.考虑轮齿与轮体间的相对柔性变形,啮合齿对间球-面三维动态接触和齿轮几何参数等因素,通过离散齿廓渐开线获得了齿面的离散接触面,从而建立了齿轮啮合传动动力学模型.通过数值求解与仿真分析,研究了单侧齿面接触、双侧齿面接触和刚柔耦合特性对齿轮啮合传动特性的影响规律,获得了啮合轮齿全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性.研究表明:新方法和动力学模型更真实地模拟了齿轮啮合传动的齿轮柔性变形和接触冲击等振动响应特性.该方法和数值计算结果为齿轮啮合传动和齿轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据.     

圆弧齿锥齿轮接触动力学分析

运用三角网格方法重构了三维离散的圆弧齿啮合齿面模型。基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了考虑全齿面动态接触关系的螺旋锥齿轮三维接触动力学模型和动力学分析方法。运用三角网格单元接触的包围盒搜索技术和微分代数方程求解方法,仿真分析了单侧齿面接触、双侧齿面接触、负载扭矩和齿侧侧隙等因素对齿轮啮合传动特性的影响,获得了圆弧齿啮合全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。研究表明：新方法和动力学模型较好地模拟了圆弧齿锥齿轮的承载特性和啮合接触动力学特性,对以动力学特性为目标的圆弧齿锥齿轮设计和齿轮系统动力学研究提供了理论参考。     

误差齿面下直齿轮副内部激励及动态特性分析

基于齿轮加工、安装误差的分布规律,建立了渐开线直齿轮的误差齿面模型,提出了适用于该误差齿面模型的齿轮承载接触分析算法,研究了不同误差对直齿轮副内部激励的影响规律;建立了直齿轮副弯扭耦合动力学模型,分析了不同误差下齿轮系统的动态特性。研究表明：加工误差中,齿距偏差是齿轮副内部激励的主要影响因素;齿距偏差作用下,综合啮合误差呈阶跃变化,当阶跃值超过一定范围后时变啮合刚度发生突变;安装误差影响下,综合啮合误差为一定值,时变啮合刚度随中心距和轴线倾斜误差的增加而减小;为减小齿轮系统动态传递误差的峰峰值,齿距偏差应根据载荷大小合理分配,同时应避免由轴线倾斜误差导致的偏载现象发生。     

基于动力学分析的大重合度直齿圆柱齿轮强度计算

为了探索大重合度直齿圆柱齿轮的承载能力,以2排交错布置、具有纵向重合度的直齿圆柱齿轮为研究对象,基于由动力学分析得到的轮齿间动态法向力的变化规律和齿轮的啮合点位置,采用有限元分析法计算其齿根弯曲应力,利用Hertz公式计算其齿面接触应力。通过计算可知：与静态工况相比,考虑齿轮传动系统动力学效应时,大重合度直齿圆柱齿轮的最大齿根弯曲应力增大了22.49%,最大齿面接触应力增大了10.94%;与渐开线标准直齿圆柱齿轮相比,大重合度直齿圆柱齿轮的最大齿根弯曲应力减小了17.08%,最大齿面接触应力减小了43.79%。结果表明,大重合度直齿圆柱齿轮的强度大幅提升,应用潜力巨大。     

准双曲面齿轮动态啮合性能的有限元分析研究

研究准双曲面齿轮动态啮合有限元分析模型的构建方法,建立了合理的有限元模型。基于接触动力学的基本理论和显式有限元分析方法,对准双曲面齿轮的动态啮合性能进行了研究,得到啮合接触冲击特性、齿面接触区域、齿面接触应力及齿根弯曲应力等在轮齿动态啮合过程中的变化规律。以转速和负载两个典型的工作条件为变量,建立对比分析模型,研究转速和负载对准双曲面齿轮动态啮合性能的影响。转速对准双曲面齿轮动态啮合性能影响显著,而负载对准双面齿轮的动态啮合性能影响则跟转速有关,随着转速的增大,相同的负载变化对动态啮合性能的影响逐渐减弱。     

重载齿轮弯曲疲劳寿命测试方法研究现状

重载齿轮是大型机械装置(推土机、挖掘机、装甲车等)传动系统的核心部件,它的主要功能是按照规定的转速比传递运动和转矩。随着科学技术的发展和军事装备的更新换代,重载齿轮的研究除了在材料性能、齿形设计、承载能力等方面取得了新成就外,另一个突出的进步就是在齿轮性能测试技术方面获得了很多成果,使得一些过去难以定量研究的问题(如齿轮的疲劳强度、齿轮传动品质等)都有了比较实用的测量手段。而在重载齿轮疲劳性能研究中,相对于接触疲劳产生的齿面点蚀、胶合、磨损等微小破坏而引起齿轮传动效率降低,啮合不到位等现象,弯曲疲劳则会直接导致齿根产生裂纹甚至形成断齿现象,造成重大事故。因此,准确测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命,分析弯曲疲劳性能,进而优化齿轮设计,提升齿轮性能,对监测因弯曲疲劳失效所引起设备故障以及避免服役过程中发生重大事故具有重要意义。重载齿轮弯曲疲劳寿命受多方面因素的影响,其中包括材料性能、加工尺寸、制备工艺以及测试手段等,因此对其弯曲疲劳寿命的定量测试一直是各国研究人员关注的热点话题。关于重载齿轮弯曲疲劳寿命的研究可以归纳为以下三方面:弯曲疲劳原理探究方面已发展到声发射信号检测、光学图像分形理论计算、计算机有限元数学模拟等多方面的实际应用;性能检测实验已有单齿/双齿脉冲加载、动态啮合式加载等多种试验方法;数据处理方面已发展出升降法、成组法、雨流法以及多种S-N曲线拟合的数据处理手段。这些分析方法以及测试手段的应用可以大大节省实验成本、提高分析效率、减少试验误差,进而提高重载齿轮弯曲疲劳寿命检测的准确性。本文从重载齿轮弯曲疲劳寿命的测试原理、试验方法以及测试数据处理三方面出发,根据国内外研究现状,对重载齿轮的弯曲疲劳性能进行机理性与实验性的探究,为测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命提供有效的理论依据、具体的测试方法以及准确的数据处理手段。     

非圆齿轮的应用与动力学分析

目的为了验证某自动包装机传动系统的动态特性,结合某自动包装机的特定需求,文中设计一种新型的非圆齿轮系统,并对其进行动力学特性研究。方法首先介绍非圆齿轮的特点,建立非圆齿轮的数学模型,并进行推导和分析,得到其动力学方程;然后利用UG软件建立非圆齿轮的三维模型,运用Adams开展动力学仿真研究,并对比在相同中心距下非圆齿轮和圆形齿轮的动力学特性。结果新设计的这种非圆齿轮比圆形齿轮的啮合力大500 N左右,主动齿轮的加速度是其10倍左右。结论通过对比非圆齿轮和传统齿轮发现,非圆齿轮具有变传动比、传动装置空间布局灵活等优点,由于非圆齿轮无法制成斜齿,故传动性能要略低于圆形齿轮。     

基于接触应力优化的摆线轮修形设计

对摆线轮进行合理的修形能够极大改善RV（rotary vector,旋转矢量）减速器的传动性能和承载能力。为了进一步优化“反弓”齿廓的接触应力,在综合分析组合修形对反弓齿廓啮合力和接触应力的影响的基础上,提出了一种两段修形方法。该方法是将摆线轮齿廓分成2段,并根据需要对不同工作段的齿廓采用不同的修形量,以更灵活地设计摆线轮的齿廓。以RV-40E减速器为例,先利用MATLAB软件建立摆线轮受力分析模型,并按照两段修形方法确定新齿廓的修形量和方程;再利用ANSYS软件建立摆线轮与针齿接触的有限元模型,并对比新齿廓与反弓齿廓的接触应力。理论计算结果显示,新齿廓的最大接触应力降低了8.34%;有限元仿真结果显示,新齿廓的最大接触应力降低了4.39%,并分析了可能的误差来源。研究表明,两段修形方法可以改善摆线轮齿廓的接触应力和延长摆线轮的使用寿命,这为摆线轮的修形设计提供了一定的参考。     

A new method for preventing premature pitting formation on spur gears

Surface pitting of gear teeth flanks is one of the most common causes of operational failure of gears. Pitting is strongly influenced by the Hertzian stress. The Hertzian surface stress is at a maximum in the single tooth contact region. Decreasing the Hertzian surface stress in this region decreases pitting. Another way to decrease the stress in this region is to modify the tooth width. The aim of this study is to delay the formation of pitting in the single tooth meshing region by means of decreasing the Hertzian surface pressure by increasing tooth width. Experiments show that pitting appearance is delayed for the width-modified gear wheels with respect to the gears having no such modifications.     

渐开线齿轮的接触分析

以Hertz应力表达式为基础,将单齿啮合的渐开线齿轮等效为相互挤压的两个圆柱体,推导了齿轮接触应力的理论表达式．建立一套单齿对啮合的有限元分析方法,包括引入渐开线和齿根过渡曲线方程及对应的自变量区间,建立参数化齿廓;模型轮缘厚度取3倍的模数,周向宽度取3倍的齿厚;在接触面上进行网格细化处理;在对应的主、从动齿轮内缘分别施加均匀切向力和固定约束等．计算结果显示,有限元解和理论解吻合较好,最大偏差不超过5%,该方法适用于不同的啮合轮齿参数．由有限元方法得到的渐开线轮齿的接触应力符合Hertz理论中的半椭圆分布规律,Mises应力和剪应力分布也符合接触力学理论,但应力分布的对称中心存在偏离或者偏斜现象,分析认为,是由于轮齿弯曲变形造成的．