随机载荷下渐开线直齿轮齿根弯曲应力计算方法研究

分析了传统齿根弯曲应力计算方法应用于齿根弯曲应力谱编制时的局限性。从动载荷的计算、啮合点的弯矩、压力角和齿间载荷分布等方面,对传统方法进行了改进,建立一种在随机载荷下齿根弯曲应力计算方法。研究结果表明,此计算方法精度较高,并能得到单齿在传动过程中齿根弯曲应力的变化历程,便于准确统计弯曲应力的幅值、均值的循环频次,为精确编制齿轮弯曲应力谱及齿轮弯曲疲劳寿命预测提供了一种有效的齿根弯曲应力的计算方法。     

服从正态分布随机载荷作用下齿轮弯曲疲劳试验研究

根据齿轮传动过程中普遍承受的高斯分布载荷谱,编制了试验用随机变幅疲劳载荷谱,在MTS电液伺服疲劳试验机上利用成组试验方法完成了该随机载荷作用下全寿命齿轮弯曲疲劳试验,得到了特定变差系数高斯分布载荷谱下齿轮弯曲强度的R-S-N曲线。试验结果证明,随机变幅疲劳试验得出的轮齿疲劳寿命低于由疲劳载荷上限值取为载荷谱均值的恒载荷疲劳试验得出的疲劳寿命,因此,如果采用后者的试验结果去估算实际服役中的齿轮的弯曲疲劳寿命是非常危险的。对随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论值进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析结果与试验结果基本相符。     

减速齿轮传动中主动轮齿根弯曲疲劳的计算

传动齿轮强度理论认为,齿间滑动摩擦对齿轮齿根弯曲疲劳的影响可忽略不计。针对此说法,本文作者对带惰轮的起重减速齿轮传动中主动轮受国情况展开全面的分析研究,推导出包括齿间滑动摩擦力在内的,实际外载荷作用下的主动轮齿根弯曲疲劳应力计算公式。结果表明,齿间摩擦力对含惰轮的减速齿轮传动中主动轮齿根弯曲疲劳强度的影响不可忽视。     

基于42CrMo齿轮的弯曲疲劳试验研究

42CrMo属于超高强度钢,其具备较高的强度,材料淬透性能好,淬火后的变形量小,大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料,弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先,通过齿轮弯曲疲劳试验,获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据,得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式,以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后,采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟,得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比,分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致,可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后,通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比,结果表明,疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致,验证了数值模拟的准确性,因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。     

齿面几何结构对面齿轮弯曲疲劳寿命的影响

基于坐标变换和啮合原理推导出面齿轮齿面方程,建立不同齿面参数(压力角、模数)的面齿轮传动有限元模型,分析了齿面参数对齿根弯曲应力、接触面积的影响以及弯曲应力沿齿高方向、齿宽方向的分布规律。面向磨齿及铣齿齿面粗糙度,根据修正的局部应力应变法计算了不同齿面粗糙度下的疲劳裂纹生成寿命,利用损伤容限设计法对疲劳裂纹扩展寿命进行了预测。研究结果表明,压力角对齿面弯曲疲劳寿命影响明显,尤其是对裂纹扩展寿命影响较大,增大压力角有助于提高齿面弯曲疲劳综合寿命;此外,磨削齿面较铣削齿面有利于提高齿面弯曲疲劳寿命。研究内容可为面齿轮抗疲劳设计提供依据。     

齿间摩擦对车用增速齿轮机构中惰轮齿根弯曲疲劳强度之影响

系统地研究了包括齿间摩擦在内的外载荷作用下车用增速齿轮机构中惰轮齿根的弯曲疲劳应力计算。研究表明,齿间摩擦对惰轮齿根弯曲疲劳强度的影响不容忽视。     

随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究

对随机风场进行了模拟,得到了正常发电工况下主轴扭矩的时间历程;建立了齿轮副的三维有限元模型,计算了在静态载荷下齿轮副的应力应变。采用随机载荷雨流计数法对齿轮载荷进行雨流计数,并对结果进行了统计学分析,得到应力均值符合三参数威布尔分布。研究了服从三参数威布尔分布的分布参数对齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明采用随机载荷相对于采用载荷均值齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命疲劳寿命下降,形状参数增大齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命增大,尺度参数和位置参数增大齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命减小。     

残余应力对齿轮弯曲疲劳的量化影响研究

随着风电、高铁、掘进等高端装备对齿轮功率密度、服役寿命等要求的提高,齿轮的弯曲疲劳问题日益显著。为提升齿轮弯曲疲劳性能,通过渗碳热处理、喷丸强化等工艺为齿轮引入较高的残余压应力已逐渐成为工业界的标配。为揭示残余应力对齿轮弯曲疲劳性能的量化影响,在最大主应变寿命预测准则中引入残余应力影响项,通过弯曲疲劳试验确定最优残余应力影响系数,进而采用新的试验数据验证模型的准确性。基于工程应用出发,引入修正应力的概念统一不同残余应力状态下的齿轮弯曲应力-寿命(S-N)曲线,研究结果显示,最大主应变准则中,残余应力影响系数取值为0.15时,可实现较高的寿命预测精度,而修正的S-N曲线中,最佳残余应力影响系数为0.25。研究成果可用于工程实际中齿轮弯曲疲劳快速评估。     

A35CrNiMo感应淬火齿轮弯曲疲劳强度试验

为解决某大型升船机用大模数齿条新材料-A35CrNiMo感应淬火弯曲疲劳特性基础数据缺乏,准确预测和评估该大型装备的寿命和可靠性问题,采用成组与爬山试验相结合的方法,对该种材料齿轮弯曲疲劳特性开展了试验研究,采用LABVIEW软件对试验数据进行处理,得到了齿轮的疲劳极限应力、弯曲疲劳寿命分布和不同可靠度下的P-S-N曲线,为该材料齿轮齿条可靠性、安全性设计提供了基础数据。     

某减速器脱啮运行使用寿命仿真研究

某减速器运行过程中振动加速度传感器记录到明显的脱啮冲击现象,由于齿轮脱啮带来的冲击易加速齿轮的疲劳磨损,对于强度较低的齿轮甚至易引起失效断裂,因此以齿根弯曲应力及齿轮弯曲疲劳寿命为研究目标,对该齿轮副脱啮运行状态下的使用寿命进行仿真研究。首先利用Solid Works及其插件Gear Trax建立传动系统三维模型,在ADAMS中对输入轴施加相应的转矩波动模拟脱啮,计算齿轮副脱啮状态下的冲击动载荷。在考虑此冲击动载荷的情况下,利用ANSYS对该齿轮副进行弯曲疲劳使用寿命仿真分析,最终仿真计算结果表明脱啮运行状态下该减速器齿轮齿根弯曲应力远小于其许用应力,弯曲疲劳使用寿命达到3×106次循环,为无限寿命,较为可靠。     

精确载荷分布下斜齿轮三维建模及弯曲应力分析

从范成法加工齿轮的原理出发,利用三维建模软件建立了渐开线斜齿圆柱齿轮的精确模型。根据齿轮啮合变形协调方程,利用线性规划法求解了齿轮副在各啮合节点的载荷分布情况,并计算了轮齿间的载荷分配率。利用有限元软件ANSYS计算了完整齿轮模型在啮合过程中的最大齿根弯曲应力,为齿轮弯曲强度校核提供了依据。研究结果发现,斜齿轮的最大弯曲应力有可能出现在多齿啮合的区域,这种现象与直齿轮有所不同。     

基于Monte Carlo的齿轮弯曲疲劳可靠性分析

采用MonteCarlo法确定了齿轮弯曲疲劳应力分布与强度分布,并对弯曲疲劳可靠度进行了模拟,克服了齿轮等重要零部件的小样本瓶颈问题,分析可知,齿轮弯曲疲劳应力服从正态分布,弯曲疲劳强度服从对数正态分布;齿轮弯曲疲劳的可靠度误差随着模拟次数的增加而逐渐减小,模拟次数在10^4以上可靠度趋于稳定。     

高重合度摆线内齿轮副时变啮合刚度计算与齿间载荷分配研究

高重合度摆线内齿轮副时变啮合刚度计算和齿间载荷分配是其动力学分析和强度设计的基础,由于是多齿啮合,齿间载荷分配非常复杂,属于静不定问题。结合现有文献,考虑了真实的过渡曲线和精确的轮齿建模,采用更为准确的齿面赫兹接触刚度计算方法,基于势能法建立了与摆线齿形相适应的单轮齿对啮合综合刚度模型,针对该齿轮副的传动特点,构建了其变形协调方程,提出了多齿啮合齿间载荷分配模型。为验证所建模型的正确性并提高仿真分析效率,在ABAQUS中利用Python脚本编程进行二次开发,实现了精确化建模、参数化分析和自动化操作,根据齿轮加载接触分析结果和基于有限元法的轮齿对受载啮合刚度计算方法,得到了不同负载转矩作用下单轮齿对、多轮齿对的啮合综合刚度和轮齿啮合力。对比表明,计算结果趋势吻合、数值接近,验证了建模分析的正确性,可为动力学分析和强度计算提供基础。     

双包络蜗杆副的载荷分布研究

给出了确定双包络蜗杆传动副沿蜗杆螺纹面和蜗轮轮齿瞬时接触 线载荷分布的方法,研究了蜗杆螺纹面和蜗轮齿面弯曲变形、剪切变形、接触变形及蜗杆轴向变形。采用数值分析和迭代技术对确定载荷分布的积分公式进行求解。分别计算了传统蜗杆副和新型蜗杆副的载荷分布,同时分析了各因素对载荷分布的影响。     

高重合度摆线内齿轮副齿面接触强度研究

合理的齿轮强度计算是实现齿轮结构设计及优化、保证留有适当裕量的基础。高重合度摆线内齿轮副同时参与啮合的轮齿对数较多,齿根弯曲应力很小,所以只需考虑齿面接触强度问题。基于改进能量法和赫兹弹性理论,推导了理想条件下该齿轮副的时变啮合刚度、齿间载荷分配和齿面接触强度计算模型。鉴于共轭齿廓节点处曲率半径为零,研究了节点附近不参与啮合的齿廓修形区域优化问题,在此基础上,通过将齿轮加工中产生的各种误差及侧隙转化为理论齿廓公法线上的偏移量,分析了不同加工误差对承载特性的影响程度,并在ABAQUS中进行了加载接触有限元分析验证。结果表明,该齿轮副对加工误差（侧隙）非常敏感,即对精度要求很高,为齿面接触强度计算和误差控制提供了技术支持。     

变速箱齿轮低载强化微观机理的初步研究

疲劳试验表明工艺强化后的高强度变速箱齿轮经过低载强化,其单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到一定程度的提高,而且疲劳寿命提高的幅度远大于疲劳后强度的提高幅度。本文参考未经过工艺处理的低强度前梁的低载强化微观分析结果,利用SEM和TEM对某汽车变速箱齿轮低载强化微观机理进行了初步研究,力图从微观上揭示工艺强化后高强度齿轮低载强化的成因和机理。结果表明,适当的强化载荷能够使高强度齿轮的疲劳扩展区域增加、裂纹扩展间距下降,低载强化使齿轮的微观组织得到进一步的锻炼、强度和硬度有所下降,但微观组织的整体机械性能得到提高。     

齿轮瞬态弹流润滑的多重网格数值分析

利用多重网格技术，考虑了轮齿上的载荷、啮合点的卷吸速度与综合曲率半径随啮合线的变化，求得了齿轮传动瞬态弹流润滑的完全数值解。揭示出最小膜厚、最大压力沿啮合线的变化，讨论了齿轮传动比对压力与膜厚的影响．给出了几个导致润滑失效的危险啮合点的压力与膜厚分布。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。