修形直齿锥齿轮副加载接触分析方法研究

针对修形直齿锥齿轮副的接触特征及接触形态计算方面存在的问题,提出了一种修形直齿锥齿轮副加载接触分析方法,对修形直齿锥齿轮副啮合特征计算过程进行了系统的阐述。首先,根据球面渐开线展成原理,生成了标准的直齿锥齿轮齿面,并根据齿根圆与球形渐开线相切的原理,构建了齿底倒圆的数学模型;然后,采用二元二次多项式对齿面进行了修形,并得到了相应的齿面离散点,在此基础上,应用样条曲面构造方法,重构了修形齿面方程;接着,依据齿轮啮合原理,进行了齿面接触分析(TCA),获得了瞬时共轭接触点以及整个啮合周期的啮合迹线;最后,应用赫兹接触修正模型,计算了受载状态下的接触椭圆、椭圆长短轴、最大接触应力以及应力分布,对共轭接触直齿锥齿轮副进行了加载接触分析。研究结果表明：与有限元计算结果相比,采用加载接触特性计算方法,两者接触迹线和接触椭圆等啮合特征相符,接触力和最大接触应力误差在1%和2%以内;对比结果表明,加载接触特性计算方法能够准确地对修形直齿锥齿轮副进行加载接触分析。     

渐开线环形齿球齿轮副接触点共轭曲率半径及接触强度计算研究

从渐开线环形齿球齿轮齿廓曲面基本方程出发,根据理论论证和工程计算的不同需要,首先采用两种不同方法推导得出了其齿廓曲面上任意接触点处的主曲率计算公式,然后在此基础上进一步分析研究,完整地提出了渐开线环形齿球齿轮副接触承载能力计算方法,并进一步给出了有限元对比实例计算分析验证结果,解决了渐开线环形齿球齿轮自发明以来长期缺乏轮齿接触强度计算方法的问题。     

角速度对三角皮带传动系统摩擦接触特性影响

建立三角皮带传动系统有限元模型,对不同角速度、摩擦因数条件下皮带传动系统摩擦及接触特性进行分析,研究了不同角速度、摩擦因数对三角皮带传动系统摩擦接触特性的影响。研究结果表明,随着角速度增加,皮带与皮带轮之间的接触力不断减小;随着皮带接触程度不断增加,皮带与皮带轮之间的接触力随着增加;随着摩擦因数的增加,接触点的摩擦角逐渐减小;随着接触程度增加,接触点的摩擦角不断增加,且在退出接触点达到最大;三角皮带从外到内沿径向方向不同节点处皮带与带轮之间的接触应力和摩擦角不同,但两者变化趋势基本一致。     

金属成形数值模拟中的接触单元法

给出了一种基于罚函数方法及库仑摩擦规律的点一面接触形式的接触单元法,根据等向滑动函数的概念,推导了粘着接触与滑动接触的接触单元刚度阵,由于这种方法在单元积分点引入接触约束,扩大了接触搜索面积,因而接计算更加稳定。数值计算表明该方法能得到较好的结果。     

相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响

为预控双重螺旋法加工螺旋锥齿轮的啮合性能,研究了相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响。根据螺旋锥齿轮副啮合接触原理,通过数值计算得到齿面离散啮合点分布位置,采用有限元法对不同相对位置误差条件下的齿轮副进行齿面啮合加载接触分析,得到了在不同相对位置误差条件下齿轮副传动误差、接触区位置及形状、法向接触力。结果表明,螺旋锥齿轮的传动误差和法向接触力均对小轮安装距误差较为敏感。通过滚检实验得到了齿面接触区位置和接触压力,验证了有限元分析结果。     

克林根贝格制准双曲面齿轮边缘承载接触分析

以克林根贝格Cyclo-palloid制准双曲面齿轮为研究对象,提出了其边缘接触的几何分析方法,确定了边缘接触点,并采用数值方法进行搜索,确定了边缘接触位置接触椭圆长轴的方向和长度,即该位置两齿面间的相对主曲率方向和所有可能接触点。建立了包括边缘接触的承载接触分析数学模型,采用基于有限元柔度矩阵的非线性规划法精确求解了边缘承载接触问题,通过与已有算例的对比分析,验证了本方法的可行性,并给出了仿真示例。     

多点成形基本体群曲面造型的有限元方法

基本体群成形曲面的生成是多点成形技术中十分重要的问题之一。给出基于１８自由度三角形单元描述的连续的目标形状曲面,通过接触点计算确定基本体行程从而构造出成形曲面的方法。对规则曲面的数值计算表明,该方法的计算结果具有很高的精度。     

网络法求解相啮合齿面接触迹线的研究

通过研究本文提出了一种以网络结点为基础,在齿面上的活动标架里,计算出齿轮处于不同啮合位置时的接触点,以求得接触迹线的新方法,同时可校核在接触点之外,两齿面是否相交干涉。由于以齿面网络结点的离散数据描述齿面,这种方法可用来研究有误差或产生变形的真实齿面的形状和接触迹线,以便进行齿面的接触分析。     

曲面综合法弧齿锥齿轮加工参数计算

针对现有弧齿锥齿轮加工参数计算方法,接触点综合纷繁复杂的问题,提出ease-off曲面综合法。从微分几何学出发,给出二阶密切曲面的定义及其构造方法;在二阶精度范围内,密切曲面与原有曲面具有相同的微分几何属性,从而可以替代原有的曲面分析。通过弧齿锥齿轮加工的产成模型,构造大小轮共轭齿面的ease-off差齿面,利用ease-off差齿面的密切曲面完整地拓扑齿面接触区;利用齿面接触区的可控参数综合确定小轮齿面的接触参数,进而通过数值优化方法求解小轮的加工参数。籍助ease-off密切曲面进行了啮合仿真,完整呈现了齿面接触区大小形状、接触路径方向、抛物线失切量等轮齿啮合信息。所提出的方法适宜于数值方法,基于齿面接触区的完整性,实现了齿面啮合性能较好控制。     

变摩擦条件下三维接触问题有限元分析改进

首先对三维弹性接触问题的有限元求解算法进行研究,将接触条件转换到法向与滑动方向组成的局部二维坐标系内进行求解,并利用FORTRAN语言编制接触问题求解的程序包。然后应用该程序包对变摩擦条件下的接触算例进行研究,揭示摩擦因数随滑动速度改变时接触点随接触状态、接触力的变化规律。最后利用有限元软件对计算结果进行验证,证明了算法的有效性。     

基于分形理论的滑动摩擦表面接触力学模型

依据分形理论,考虑微凸体变形特征及摩擦作用的影响建立滑动摩擦表面接触力学模型。采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系,从而满足在变形状态转变临界点处的微凸体接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。推导出滑动摩擦表面临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲一真实接触面积的数学表达式。理论计算结果表明,表面形貌一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大先增大后减小;当表面较粗糙时,摩擦因数对真实接触面积的影响很小;随着表面光滑程度的增大,摩擦因数对真实接触面积的影响增大,真实接触面积随着摩擦因数的增大而增大,特别是当摩擦因数较大时,真实接触面积增大的幅度也较大。接触力学模型的建立,为研究滑动摩擦表面间的摩擦磨损性能提供了依据。     

Effects of Friction on the Contact and Deformation Behavior in Sliding Asperity Contacts

Finite-element analyses are carried out to study the effects of friction on the contact and deformation behavior of sliding asperity contacts. In the analysis, on elastic-perfectly-plastic asperity is brought in contact with a rigid flat at a given normal approach. Two critical values of the normal approach are used to describe the asperity deformation. One is the approach corresponding to the point of initial plastic yielding, and the other at the point of full plastic flow. Additional variables used to characterize the deformation behavior include the shape and size of the plastic zone and the asperity contact size, pressure, and load capacity. Results from the finite-element analysis show that the two values of critical normal approach decrease significantly as the friction in the contact increases, particularly the approach that causes plastic flow of the asperity. The size of the plastically deformed zone is reduced by the friction when the contact becomes fully plastic. The reduction is very considerable with a high friction coefficient, and the plastic deformation is largely confined to a small thin surface layer. For a low friction coefficient, the contact size, pressure and load capacity of the asperity are not very sensitive to the friction coefficient. For a moderate friction coefficient, the contact pressure is reduced and the junction size increased; the load capacity of the asperity is not significantly affected due to the compensating effects of the pressure reduction and the junction growth. For a high friction coefficient, the pressure-junction compensation is not longer sufficient and the asperity load capacity is reduced. The degree of the friction effects on these contact variables depends on the applied force or the normal approach. Although the analyses are conducted using a line-contact model, the authors believe that the effects of friction in sliding asperity contacts of three-dimensional geometry are essentially the same and the same conclusions would have been reached. These results may provide some guidance to the modeling of rough surfaces in boundary lubrication, in which the asperity friction coefficient can be high and vary significantly both in time and from one micro-contact to another.     

基于抓取稳定性的手指接触力规划算法

在手指指端与物体构成有摩擦固定点接触模型的前提下,通过对三指灵巧手抓取内力与抓取稳定性关系的分析,构建指端接触力的规划算法。在接触点摩擦锥内将指端接触力分解为操作力和抓取内力,分析抓取内力对于接触稳定性的作用和内力汇交点与汇交多边形的相互位置,建立抓取内力与抓取稳定性之间的关系,通过合理规划内力汇交点的位置获得较高的抓取稳定性。通过使内力汇交点到汇交多边形各条边的最短距离达到最大,建立基于抓取稳定性的内力汇交点优化模型和指端接触力的规划算法。该算法将抓取布局规划和接触力分配融为一个统一的过程,可以有效提高抓取的规划效率,有利于抓取的在线规划。结合抓取实例说明了算法的有效性。     

齿面摩擦力对齿轮接触应力的影响

渐开线齿轮接触疲劳强度设计中忽略了齿面摩擦力的影响。对此 ,众多学者看法不一 ,有的认为齿面摩擦力影响甚微 ,可以忽略 ;而另一些人则指出其影响明显 ,不可不计。文中通过 6组滚子疲劳试验得出 ,齿面摩擦力的影响能否被忽略与齿轮的转速、功率、材质、齿数、模数及润滑剂的黏度等因素有关 ,而这些因素可用一个无量纲参数S来表示。S存在两个临界点S1 和S2 。当S S2 时 ,摩擦力影响较小 ,可以忽略不计 ;当S1 相似文献   

Atomistic study of lateral contact stiffness in friction force microscopy

The effective stiffness of a friction force microscope tip–substrate system is an important parameter that describes the relationship between lateral force and elastic deformation. In this study, we use a multi-spring model to simplify the system, where two contributions, the tip apex stiffness and the lateral contact stiffness, are discussed in detail. Molecular dynamics simulations are used to characterize stiffness by simulating a tip apex subject to shear or sliding over a substrate surface. The results show that, although the height of the tip apex and tip–substrate orientation affect the various stiffness contributions, the contact itself dominates the overall compliance.     

Simulation and experimentation on the contact width and pressure distribution of lip seals

The relative motion between two mated parts of machinery always generates heat from friction. The lubricant serves as a medium not only to reduce the friction but also to enhance heat dissipation. In order to contain the lubrication oil, lip seal is a most frequent sealing part used in these applications. This paper aims to study the contact width and contact pressure of the seal lip under the various interference fits between the shaft and seal. The contact force associated with the pressure was used to estimate the generated heat due to friction. Thereby, this frictional heat flux was employed to analyze the temperature distribution within the rubber seal. According to the temperature distribution, the thermal deformation of the seal and the concern of material ageing can be examined. Since the use of a seal with a shaft under allowable dimension tolerance is foreseeable, the fit with different degree of interference was investigated. On the other hand, a simple apparatus to measure the width and pressure on the contact lip zone under different diameters of shaft was designed and fabricated. The contact width and contact pressure were distilled from the press mark of a pressure-sensitive film. The measurements were used to demonstrate the feasibility and accuracy of the proposed set up.     

钢球展开过程运动学及动力学分析

钢球表面质量检测常用的办法是依靠展开机构中的摩擦力将钢球表面完全展开,摩擦力对钢球表面检测效率和精度有着重要影响。为分析摩擦对钢球展开的影响,根据展开轮与钢球接触的几何约束关系,对钢球与展开轮接触模型进行运动学分析,得到钢球与展开轮接触点位置的变化规律;由于展开装置构件之间全部依靠干摩擦接触约束,在古典Coulomb摩擦模型基础上,结合展开装置特性,建立修正的Coulomb摩擦模型,建立钢球和展开轮的运动微分方程,得到钢球与展开轮接触点处摩擦力的变化规律,并分析接触点处接触力的影响因素;同时根据展开原理构建实体模型进行虚拟仿真并搭建物理样机进行试验,结果表明驱动轮转速直接影响钢球与展开轮接触点法向接触力变化,从而影响接触点处摩擦力变化特性,通过摩擦力变化特性,解释了展开轮能实现钢球表面展开的工作原理。     

复杂接触运动下非线性摩擦力的求解

提出了复杂接触运动下求解接触非线性摩擦力的数值轨迹跟踪方法,利用该方法对几种复杂接触运动下的非线性摩擦力进行了计算。计算结果表明:数值方法在分析二维接触椭圆运动时可以得到更准确的结果;计算接触面摩擦力时不能忽略法向运动与切向运动之间的相位差,该相位差对接触状态的转变、摩擦力的大小以及迟滞回线的形状都有很大的影响;对于接触面的三维运动,必须同时考虑法向运动与接触面内两个方向切向运动之间的耦合;数值轨迹跟踪方法可以方便地求解一维、二维以及三维接触运动下的非线性摩擦力,为求解带干摩擦阻尼结构的动态响应提供了一种实用算法。     

2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算模型

理论和试验研究2自由度行波型超声波电动机的机械特性计算问题.分析2自由度行波型超声波电动机空间结构关系和定转子接触面的摩擦力.利用空间位置关系,计算得到了行波定子和球转子接触面上任一点的摩擦驱动力和摩擦阻力.根据运动稳定时行波定子轴向力平衡关系,推导给出2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算解析式.通过研制的样机进行理论和试验分析,证实计算模型有效性和准确性,并分析各种电动机参数对输出机械特性的影响.研制的样机实现最大堵转转矩达0.10 N·m,空转转速为90 r/min左右.研究工作为下一步球形行波型超声波电动机的设计、优化和控制提供了理论基础.