基于XFEM的高速工况下齿根裂纹扩展规律研究

基于扩展有限元方法和线弹性断裂力学理论,使用Fortran语言开发二维裂纹扩展计算程序,并对程序计算准确性进行验证。在此基础上,仿真计算离心力、初始裂纹参数和轮缘厚度系数(Backup ratio)对齿轮齿根二维裂纹扩展的影响,计算结果表明,齿根初始裂纹位置对齿根裂纹扩展的路径影响很大,初始裂纹位置越靠近齿槽中心位置,越容易发生齿轮轮缘断裂(裂纹沿径向扩展至断裂);齿轮轮缘厚度对齿根裂纹影响很大,轮缘厚度系数越小,越容易发生轮缘断裂,同时发生轮缘断裂的裂纹初始位置范围越大;离心力对齿轮齿根裂纹扩展影响很大,离心力越大,越容易发生轮缘断裂,同时发生轮缘断裂的裂纹初始位置范围越大;该研究成果对提高齿轮在高速工况下的可靠性和超安全性具有一定的工程应用价值。     

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。     

风电齿轮齿根弯曲应力及裂纹特性分析

以风电齿轮为例,利用有限元分析软件ABAQUS,建立了太阳轮简化力学模型,并进行了齿根弯曲应力的分析计算。分析结果与传统计算方法得出的结果基本一致,从而验证了简化模型的正确性。在此基础上,研究了齿轮齿根裂纹特性,分析了初始裂纹长度和外加载荷对应力强度因子(SIF)的影响。结果表明,随着初始裂纹长度的增加,应力强度因子也随之增加,并且应力强度因子与载荷等比例增加。在初始裂纹长度和载荷相同的情况下,应力强度因子KⅠ远大于KⅡ和KⅢ,即在弯曲应力作用下张开型裂纹为风电齿轮轮齿折断失效的主要原因。     

无触角滚刀刀顶圆角半径的最佳选择

渐开线齿轮齿根过渡曲线是影响齿根弯曲应力的重要因素,该过渡曲线由滚刀刀顶圆角展成。为提高齿轮弯曲强度,采用不同半径的圆弧描述该圆角,并推导了最佳圆角半径的计算公式。运用ANSYS的APDL语言对不同半径圆角滚刀加工的齿轮进行了参数化有限元建模,并通过ANSYS/FE-SAFE软件对特定载荷下齿根弯曲疲劳进行了分析。结果表明,选择最佳的圆角半径可使齿根应力减小4.9%,弯曲强度提高43%。     

非标齿轮高齿根弯曲强度协同设计方法研究

针对非标齿轮设计参数协同关系展开研究,基于齿轮啮合原理,建立非标齿轮过渡圆角半径与齿轮压力角关系方程式,分别研究非标齿轮压力角、过渡圆角半径以及齿顶高系数对齿根弯曲应力的作用机理,获得非标齿轮压力角、刀具过渡圆角半径及齿顶高系数对承载能力的影响关系,提出高齿根弯曲强度非标齿轮参数协调关系曲线及协同设计方法,并通过仿真分析验证了理论研究的正确性,为要求高齿根弯曲强度的非标齿轮设计参数选取提供指导。     

齿根过渡圆角对齿轮弯曲强度的影响

主要论述齿根过渡圆角对齿轮弯曲强度的影响,利用Kisssoft软件计算不同齿根过渡圆角下齿根弯曲强度及其安全系数,利用零件的S-N曲线计算在设定工况下齿轮的损伤率,并通过静态耐久试验验证齿根过渡圆角对齿根弯曲强度的影响很大,为齿轮强度优化提供了参考.     

变半径齿根圆角锥齿轮几何建模与疲劳强度仿真分析

针对直齿锥齿轮的齿根大多采用0.3倍模数的定半径圆角过渡,容易造成齿根弯曲应力偏大、锥齿轮使用寿命降低等问题,提出了一种变半径齿根圆角锥齿轮的设计方法。建立了标准齿根圆锥下的变半径齿根圆角一般方程;基于某电动汽车差速器定半径非标行星齿轮,推导出不同齿根圆锥下的齿根变半径圆角的一般方程,对非标行星齿轮进行了优化设计。通过有限元动力学和疲劳寿命仿真分析得知,变半径齿根圆角相较于半径最大的定半径圆角,锥齿轮平均齿根弯曲应力减小了10.8%、疲劳损伤降低了6.6%。所提出的设计方法提升了锥齿轮力学性能和疲劳寿命。     

运营工况下地铁齿轮箱斜齿轮齿根裂纹扩展路径与寿命预测

斜齿轮轮系是地铁车辆中主要采用的传动形式,齿根裂纹的进一步发展有可能引发轮齿断裂,从而极大地影响车辆安全运营。因此,齿根裂纹扩展机理的研究是斜齿轮服役性能保障的关键。文中针对地铁齿轮箱斜齿轮实际运用的工况进行了裂纹扩展路径与寿命预测的研究。首先通过Newmark时间积分方法对齿轮进行瞬态响应动力学分析,并与《GB/T3480.5—2008标准》计算得到的斜齿轮齿根危险截面处的最大弯曲应力进行比较,验证了模型的正确性。之后,使用XFEM(Extended Finite Element Method)方法对齿轮进行裂纹扩展研究,分析小齿轮的裂纹扩展路径及寿命。仿真结果表明地铁齿轮箱斜齿轮齿根弯曲疲劳的失效形式为Ⅰ型裂纹占主导地位的Ⅰ,Ⅱ混合型裂纹;裂纹产生于齿轮端面处,同时沿齿厚和齿宽方向扩展,沿齿宽方向的裂纹在扩展到一定长度时,裂纹扩展方向发生了变化;对含有初始裂纹长度为4 mm,宽度为2 mm且裂纹位置在轮齿端面的齿轮进行了裂纹扩展寿命分析,得到了该初始裂纹下的小齿轮循环寿命为16×10~5次。     

基于疲劳试验与数值分析方法的齿根裂纹扩展规律及寿命预测研究

通过疲劳试验机对带有齿根裂纹故障的变位直齿轮进行疲劳试验,得到齿根裂纹扩展规律:齿根裂纹相对于齿根方向更易于沿着齿宽方向扩展,扩展速率呈现先慢后快的趋势。采用FRANC3D仿真模拟软件,对设置了相同初始裂纹的变位直齿轮齿根裂纹进行了自动扩展分析研究,确定了裂纹扩展方向及路径。通过对比,模拟结果与试验结果是相吻合的,表明构造的仿真模型得到了疲劳试验的验证,证明了结论的可靠性。通过对齿根裂纹扩展路径及方向的研究,可以为齿轮的设计和制造提供可靠依据。在此基础上,探讨了裂纹扩展寿命的相关问题。     

高速动车组齿轮副齿根裂纹应力强度因子数值计算

为研究高速动车组齿轮的齿根裂纹的应力强度因子,结合有限元法和作图法确定了裂纹萌生位置。基于线弹性断裂力学理论,以Abaqus为工具,研究了齿根初始裂纹前缘不同节点处的应力强度因子大小及变化规律,通过对比,确定Ⅰ型应力强度因子在裂纹扩展中占主导地位;在此研究的基础上,探讨了Ⅰ型应力强度因子随载荷、裂纹半径、裂纹形状等因素的变化规律。结果表明,载荷对Ⅰ型应力强度因子大小影响最为显著且呈线性关系;裂纹形状对Ⅰ型应力强度因子在裂纹前缘的分布规律影响十分明显。     

叶切面最大厚度数值计算与应用

以叶切面最大厚度的数值计算方法为基础,探讨叶切面最大厚度计算的计算机实现,介绍叶切面厚度数值计算法的应用实例.     

Natural frequencies of vibration of a class of solids composed of layers of isotropic materials

In a recent paper, the Ritz method with simple algebraic polynomials as trial functions was used to obtain an eigenvalue equation for the free vibration of a class of homogeneous solids with cavities. The method presented is here extended to the study of a class of non-homogeneous solids, in which each solid is composed of a number of isotropic layers with different material properties. The Cartesian coordinate system is used to describe the geometry of the solid which is modelled by means of a segment bounded by the yz, zx and xy orthogonal coordinate planes and by two curved surfaces which are defined by fairly general polynomial expressions in the coordinates x, y and z. The surface representing the interface between two material layers in the solid is also described by a polynomial expression in the coordinates x, y and z. In order to demonstrate the accuracy of the approach, natural frequencies are given for both a two- and three-layered spherical shell and for a homogeneous hollow cylinder, as computed using the present approach, and are compared with those obtained using an exact solution. Results are then given for a number of two- and three-layered cylinders and, to demonstrate the versatility of the approach, natural frequencies are given for a five-layered cantilevered beam with a central circular hole as well as for a number of composite solids of more general shape.     

盘丝极心偏对三爪自定心卡盘找标精度影响的分析

三爪自定心卡盘作为机床的主要附件,已有一百多年的发展历史,尽管目前随着数控技术的不断发展,越来越多地需求高速动力卡盘,但三爪自定心卡盘目前仍有一定的市场。 要保证卡盘可靠地夹紧工件,必须使其有可靠的夹持精度;要保持卡盘的精度,必须要严格控制各零部件公差及误差,如盘丝的极心偏。 　　极心偏是形成圆的渐开线的基圆圆心 (极心 )与盘丝内孔中心不同心所造成的偏差值。它对卡盘精度的影响分两种情况,一是卡爪夹持弧采用配磨,二是卡爪夹持弧采用单磨。本文主要探讨配磨时的影响。 　　卡爪夹持弧采用配磨,即每台卡盘整体…     

圆柱面素线的直线度公差带解析

详细分析了圆柱面素线的直线度公差带在新旧标准中定义和解释的区别，并从对圆柱面素线实际要素检测的角度，提出了推行新标准的实际意义。     

双丝杠驱动机构同步分析

介绍了双丝杠驱动机构工作原理,论述了双丝杠运动产生不同步的原因以及如何判定与解决同步问题。     

膨胀套导向机构的设计

通过分析膨胀套在实际使用产生滑移受阻现象、卡死现象原因的实质,并在分析产生问题原因的基础上提出了改进措施即：增加导向机构。     

广州地铁APM列车制动机理分析

根据广州市珠江新城旅客自动运输系统(APM)列车的运行特点,介绍APM列车制动系统的制动方式及其特点,分析APM列车动态制动和摩擦制动的工作机理及其区别和联系,阐明APM列车制动系统的电控制过程和气控制过程,从而为APM列车制动系统的维护和管理提供一定的依据.     

活塞销孔加工工艺的改进

我公司于８０年代末引进Aspera公司年产８０万台冰箱（冷柜）压缩机生产线及软件技术，在压缩机加工中，活塞销孔（如图１所示）的加工是难点之一。用镗床加工，质量一直难以达到要求，废品率很高。后来我们将Aspera公司的加工工艺即精镗后滚光改为精镗后用金刚石铰刀粗、精铰孔，由此解决了这个技术难题。（１）原意大利Aspera公司工艺简述其工艺流程为：钻６．５通孔→扩孔至７＋０．１→粗镗７．４７３＋０．０３６、圆柱度０．０１→精镗至７．９３５＋０．００６、圆柱度０．００２→滚光７．９３８＋０．００６、圆柱度０…     

磨粉机快辊轴承座加工工艺设计

设计了磨粉机快辊轴承座的加工工艺和具体的工装夹具.利用卧式加工中心加工磨粉机快辊轴承座,辅以能够高效快速夹紧的夹具,既可以保证加工精度,又能够提高加工效率.     

Development of sclerometric method of studying activation of parameters of damage and fracture of friction deformable surfaces

The article presents a brief review of the wear models based on the kinetic thermofluctuation approach. The materials were developed using SamGTU sclerometric programming software and a set of instruments developed at Samara Engineering University for assessing the parameters of kinetic thermoactivation for surface fracture deformed by friction. The first obtained results of assessments and the estimated prediction of wear resistance exemplified by tribocouple of the aircraft chassis are presented.