基于应力释放提高齿轮弯曲强度方法的研究

齿轮齿根圆角部位的应力集中是影响齿轮弯曲疲劳的重要因素,为了提高齿轮的弯曲疲劳强度,在齿面开应力释放圆孔使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力。采用二维有限元计算圆孔的半径及最佳位置,通过三维有限元模型进行验证及接触应力计算,并进行弯曲疲劳极限分析。结果表明:对于选定参数的齿轮,齿面开圆孔可以使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力,大大提高齿轮的弯曲疲劳寿命并减小齿轮质量;但应力的减小与开孔的位置及圆孔的大小有很大关系,存在最佳的圆孔大小和圆孔位置;齿轮参数不同也会引起最佳圆孔位置和大小的改变,并且齿根应力的微量减少都会使弯曲疲劳寿命大幅度提高。     

摩擦对滚-磨工艺齿轮齿根应力的影响

采用有限元法研究了齿面摩擦力对滚．磨工艺制造的、齿根部有沉切的齿轮齿根应力的影响。结果表明：摩擦对滚-磨工艺齿轮齿根应力的影响不容忽视,考虑摩擦时,齿根最大拉、压应力随摩擦因数的增大而增大,其中最大拉应力增加的幅度比最大压应力大,当摩擦因数从0增大到0．2时,齿根最大拉应力增加比率为19．08％,晟大压应力增加比率为3．16％;有沉切时齿面摩擦力对齿根弯曲应力的影响比没沉切时要大。     

自动变速器行星齿轮机构的优化设计

根据自动变速器行星齿轮机构的特点和要求,在保证传动比合理和体积减小等40个约束条件下,以行星齿轮机构中各齿轮强度均等或接近于优化目标,建立齿轮齿面接触疲劳应力差值最小和齿根弯曲疲劳应力差值最小的优化模型,并用MATLAB进行优化计算。与原设计比较,优化设计的行星齿轮机构的齿面接触疲劳应力和齿根弯曲疲劳应力的最大值、应力差值以及整体应力都下降,特别是齿根弯曲疲劳应力最大值减小了12.24%,而且所有齿轮的齿根弯曲疲劳应力几乎相等,优化效果明显。优化设计的行星齿轮机构体积比原设计小3.54%,而且在传动比、尺寸参数和工艺参数方面,优化设计也都有优势。     

准双面齿轮强度的非对称设计

提出了在准双曲面齿轮轮坯设计中,摈弃强度的对称设计,修正正转用齿面的压力角的方法;利用有限元和边缘接触分析方法,讨论了上述方法设计出的齿轮副齿根最大拉伸应力、齿根最大压缩应力以及齿面接触应力的变化;由实例计算可以看出,上述设计方法可以实现增加正转用齿面的强度,减少齿根拉伸应力,且齿面最大接触应力变化不大。     

高强度准双曲面齿轮的新设计方法

提出了突破准双曲面齿轮设计中Gleason齿顶高系数的限制，灵活地选取齿顶高系数，以实现减小齿根的最大拉伸应力及最大压缩应力的新设计方法；同时，在设计中修正正转用齿面的压力角，以增加正转时齿根的强度。利用有限元和边缘接触分析方法，讨论了采用新方法设计出的齿轮副齿根最大拉伸应力、齿根最大压缩应力以及齿面接触应力的变化。实例计算可以看出，新设计方法可增加正转用齿面的强度，减小齿根拉伸应力。     

准双曲面齿轮的修正节锥设计方法及切齿试验

为了提高准双曲面齿轮的强度和耐磨性,提高准双曲面齿轮的使用寿命,提出准双曲面齿轮的修正节锥设计方法。在不改变大轮外径和中点工作齿高的的情况下,令大轮的齿顶高系数fa≤ ,从而可以导出新的节锥参数,此时新的节锥与面锥重合或在准双曲面齿轮实体之外。利用齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)和有限元法(FEM),分析齿轮副的啮合性态、齿面接触应力、齿根最大拉伸应力和齿根最大压缩应力。计算机模拟显示,采用修正节锥设计方法设计的准双曲面齿轮的齿面接触应力、齿根最大拉伸应力和齿根最大压缩应力显著减少,采用修正节锥设计方法设计的准双曲面齿轮在加工过程中可用一般的刀具,不需要特殊的工具。     

刀尖圆弧半径对渐开线齿轮齿根应力的影响

提出了基于任意转角位置的渐开线齿轮齿面数学模型的齿根任一点局部应力的折截面法计算数学模型.运用该数学模型分析了刀尖圆弧半径对齿根应力及应力分布的影响.其计算结果将为渐开线齿轮设计、参数优化选择等提供参考数据,同时为齿根应力数值分析提供了新的数学模型.     

齿根动态应力分析

齿根应力分析是齿轮设计的一个主要问题,啮合过程中齿根应力分布特性是衡量齿付传动性能的主要指标。本文讨论了直齿圆柱齿轮在啮合过程中有关轮齿刚度、齿面载荷分配、以及齿根应力的计算方法。并通过实验进行分析。同时对修形齿轮与非修形齿轮作了对比分析实验。证明对重载齿轮进行修形能有效地改善齿根应力特性。     

计算轮齿疲劳的准则

至今,在轮齿疲劳方面人们已经讨论了关于齿根断裂或齿面损伤,但仅仅是从齿面硬度考虑。然而,我们知道齿面Hertzian应力和危险截面的应力取决于较多齿轮参数和一系列系数,如K,Y和Z。因此,我们产生了这样一种想法,就是分析在确定载荷作用下,上面所提那些参数如何影响齿根应力或齿面疲劳。如上所述,我们采用了V_F与V_H之比,V_F是与齿根弯曲有关的所需的量,V_H是有关Henzian应力所需的量。分析结果如下: V_F/V_H之值取决于齿数Z_1和齿数比范围u=1～5,它随u的增大而逐渐升高,在改进的齿面上此值小于1。这种情况同样适用于表面硬化齿轮,但齿数范围仅在Z_1<21。对于更多的齿数或齿数比,情况就改变了,即V_F>V_H。这意味着在上述限制量是可信的,即计算齿根应力可以获得齿轮的尺寸,换言之,仅是这样的表面硬化齿轮更多地处于断裂危险。     

驱动桥准双曲面齿轮齿根弯曲应力测试研究

为研究动载荷对准双曲面齿轮齿根弯曲应力的影响,使用电测法对驱动桥从动锥齿轮齿根弯曲应力进行了静态和动态测试,并对比有限元计算结果进行了分析。静态测试分析结果表明,齿轮啮合过程中,齿面接触由大端过渡到小端,啮入过程正车面齿根受拉,啮出过程受压,应力值与有限元计算结果基本一致。动态测试分析结果表明,随着齿轮转速升高,齿根最大应力的平均值、振幅都逐渐增加。此测试方法可靠易行,可用于齿轮相关的可靠性研究。     

圆弧齿线圆柱齿轮齿面啮合接触冲击应力分布研究

为了研究圆弧齿线圆柱齿轮齿面啮合接触冲击应力的分布规律,基于齿轮系统动力学理论和齿轮传动物理模型,分析了啮合接触冲击发生的原因;根据齿面方程建立精确的三维模型,进而建立不同冲击位置的啮合接触冲击有限元模型;通过对不同冲击速度下不同位置发生的啮合接触冲击进行仿真分析,研究齿面啮合接触冲击应力的分布规律。结果表明,在分度圆附近和齿顶附近发生啮合接触冲击时,从动轮危险区域出现在受载齿面齿根附近;在齿根附近发生啮合接触冲击时,从动轮危险区域出现在非受载齿面齿根附近。     

有限元法公析齿轮面摩擦力对轮根弯曲应力的影响

在齿轮传动设计中,为了更准确地计算出主动轮的齿根弯曲疲劳应力,考虑了齿轮齿面间的摩擦力并建立了较精确的有限元模型,以主动轮处于齿顶啮合位置时的轮齿为研究对象,利用有限元法分析了齿面摩擦力对齿根弯曲疲劳应力的影响,提出了摩擦力影响因子的影响系数。研究结果表明,齿轮传动设计中。两轮齿齿面间的摩擦力不可忽略。     

渐开线圆柱齿轮齿廓修形量对轮齿应力的影响

通过对渐开线齿轮修形的分析与研究,采用新的修形方法对渐开线齿轮非工作面进行修形,并建立渐开线齿轮非工作面齿廓方程,根据齿廓方程建立不同修形量的有限元模型,运用Ansys Workbench对单个轮齿进行静力有限元分析,得到齿轮齿根应力云图,通过不同修形量之间的对比,得到修形量与齿根应力变化关系。结果表明,对齿轮进行修形可改善轮齿应力分布,随着修形量的增加,齿根应力呈现减小的趋势。     

点蚀缺陷对直齿圆柱齿轮工作应力影响规律的研究

齿面点蚀是造成齿轮传动系统噪声和振动的主要原因,建立了含有椭球型点蚀缺陷的直齿圆柱齿轮实体模型,采用有限单元法分析了这类齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力,并与无缺陷齿轮进行对比分析。结果表明:在同样的载荷作用下,点蚀坑附近的齿面接触应力与齿根弯曲应力相较于无缺陷轮齿的对应应力会分别增大约130%和30%,且沿齿宽方向应力分布不均匀性显著增大。     

硬齿面齿轮齿根裂纹扩展特性与剩余寿命研究

为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。     

温度对齿轮齿根应力分布的影响分析

对直齿圆柱齿轮的热边界条件进行计算,利用ANSYS Workbench对齿轮模型进行温度场分析。经试验验证仿真结果具有一定的可信性后进一步分析齿轮齿根的热应力及热变形。对比齿轮在结构场与热-结构耦合场不同啮合位置时的齿根应力结果,得到两种情况下的齿根应力的分布形式及数值大小均有明显差别。经分析得到热应力会改变对齿根应力的分布形式及齿根最大应力出现的位置,热变形对齿根应力值的大小产生明显影响。因此研究温度对齿根应力的影响具有一定的理论意义和实际应用价值。     

基于多点约束法的人字齿轮精确有限元建模方法

应力位置处足够细化的网格是齿轮有限元分析得到精确齿面接触应力和齿根弯曲应力的基础。在保证有限元分析结果精度的情况下,降低求解时间和对计算机性能的要求是研究的热点问题之一。基于Ansys软件网格划分方法对齿面和齿根网格细化,采用多点约束法(Multipoint constraint,MPC)耦合大小不一致网格节点的自由度,进行了有限元建模和仿真分析计算。结果表明,该方法较普通方法能够大幅减少网格和节点数量,缩短计算时间,且能够保证人字齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的求解精度。另外,采用ISO标准计算人字齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力得到的结果均大于有限元分析的结果,对人字齿轮的工程实际应用提供了重要参照。     

内啮合轮齿传动强度分析

利用有限元方法对轮齿齿面接触强度应力和齿根弯曲强度应力进行计算分析,与渐开线圆柱齿轮应力理论计算方法相比较结果相似。但有限元分析方法的应用提高了设计效率,保证了设计的可靠性。     

Y10T输出齿轮轴的感应淬火

齿轮在传递动力及改变速度的运动过程中,啮齿面之间既有滚动,又有滑动,而且齿轮根部还受到脉动或交变弯曲应力的作用。因此,齿面和齿根表面处需要一定强度和硬度,以防止齿轮在不同应力作用下失效。而对齿轮进行表面感应淬火,可以使得齿顶耐磨性及齿根抗弯曲疲劳强度都得到提高。     

船用主推进齿轮的应力测量及其疲劳强度

为了估算在使用载荷条件下船用主推进齿轮的齿根应力和疲劳寿命,我们进行了实际齿轮的应力测量和小试样、模型齿轮的疲劳强度试验。从研究中得到的结论简要如下: a) 以高速齿轮齿根应力测量的结果做为确定在实际工况下齿根应力分布的实例。 b) 实测的最大齿根应力为计算值的1.0～2.4倍。