稳定工况下齿轮齿根弯曲疲劳强度可靠度计算

利用现有齿根弯曲疲劳极限应力数据及其它齿轮资料,提出了稳定工况下齿轮齿根弯曲强度可靠度计算方法。     

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。     

汽车变速箱齿轮疲劳裂纹萌生区域预测

以国产某轿车变速箱齿轮为例,对表面强化后齿根附近沿深度的残余应力和硬度的分布预测疲劳强度分布和疲劳裂纹萌生区域进行了详细的研究.变速箱齿轮经过表面强化后,通过齿根附近沿深度的残余应力、硬度分布以及强度和硬度之间的转换关系,得到了齿根附近沿深度的弯曲疲劳极限分布,齿根次表面下0.25mm～0.45mm之间的区域是疲劳危险区,疲劳裂纹萌生从此区域开始,并得到了微观的初步验证,为进一步研究齿轮弯曲疲劳断裂机制和齿轮表面强化工艺提供了理论参考依据.     

UG环境下齿轮弯曲强度的有限元仿真

通过理论计算能够得到齿轮齿根弯曲疲劳强度,但理论计算方法未考虑径向压应力对齿根弯曲强度的影响.在UG NX 2环境中建立标准渐开线圆柱直齿轮,在UG结构分析模块中对轮齿进行静态结构分析并得到应力分布图,仿真精度与解算器和网格划分关系密切.理论计算与虚拟仿真结果均满足许用应力要求.该方法在同一软件环境中实现了对象CAD与CAE的结合,能够辅助模型结构的优化设计,有助于提高设计效率和产品质量.     

齿轮弯曲强度的计算机仿真分析

仪器仪表行业广泛使用齿轮传动,齿轮强度的高低直接影响着仪器仪表的测试精度和可靠性。齿根过渡曲线的形状对齿根弯曲强度有重要影响,为了提高齿轮的弯曲强度,就有必要研究齿根过渡曲线。本文利用MATLAB软件,研制开发了齿轮弯曲强度的计算机仿真程序,该程序逐点计算齿轮过渡曲线处的弯曲应力大小,以便找出弯曲应力的最大值和最大应力发生的位置;同时利用有限元软件ANSYS,建立轮齿模型,仿真分析轮齿受力时的齿根弯曲应力的分布状态,本文研究为进一步进行齿轮弯曲强度的测试研究奠定了良好的理论基础。     

81型双圆弧齿轮的齿根弯曲疲劳试验及极限应力值

本文用45钢及40Cr钢调质的81型双圆弧齿轮各18个在封闭功率流齿轮试验台上进行弯曲疲劳极限应办试验,将试验结果的极限应力按照齿轮的材料及硬度绘成极限应力框图,可供81型双圆弧齿轮齿根强度计算便用。     

20CrMnTi硬齿面齿轮弯曲疲劳试验分析

为了获得20CrMnTi材料齿轮的弯曲疲劳特性,基于Miner线性损伤累积假设理论,利用疲劳试验机,采用疲劳极限快速测定法,较快地得出被测齿轮的弯曲疲劳极限应力值,能为齿轮设计时提供准确的弯曲疲劳极限应力值.     

用有限元法进行结构强度计算时极限应力的确定

有限元法在结构强度的分析与计算中的应用越来越广泛 ,但是在分析中相应极限应力的确定尚存在一定的误区。本文应用“当量设计”的概念 ,针对这一误区进行了深入研究 ,揭示了用有限元法进行结构强度计算时 ,合理确定极限应力的方法与应注意的问题。通过对实验结果的分析 ,给出了对航空齿轮有限元分析时相应的齿根弯曲疲劳极限。     

轴线平行度误差对齿根变形弯曲应力的影响研究

为了研究轴线倾斜造成的装配平行度误差对齿轮啮合过程齿根弯曲变形的影响,设计并搭建了一套齿轮轴线可调节的齿轮箱实验台和完整的应变采集分析系统,并进行实验验证。基于调心滚子轴承内外圈的允许偏差,建立不同轴线偏移程度的齿轮组接触有限元模型,并进行动态仿真分析,获得啮合过程中的齿根应变应力分布曲线;通过对实验所需的不同轴线的调节方式的设计,对比了调节前后两轴角度的偏差实际值与理论值,验证了调节装置的可行性;最后,通过应变片采集卡等组成的应变采集系统,测试了不同轴线平行度误差下的齿根应变值,得到了相应的啮合应变应力分布曲线,并与仿真得到的啮合应变应力曲线进行对比,得出轴线平行度误差对齿根危险截面处弯曲变形应力的影响。     

不同精加工齿面的电子束处理齿轮弯曲疲劳性能

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对不同工艺齿面下齿轮进行强流脉冲电子束强化处理,实验研究其弯曲疲劳性能,并对齿轮电子束处理前后的齿面硬度、表面粗糙度、齿根表面形貌及组织和表面应力进行对比,分析不同工艺齿面下电子束处理对齿轮弯曲疲劳性能的影响。实验结果证明,在恒幅载荷条件下,未磨削齿轮在经电子束处理后在可靠度50%下弯曲疲劳极限降低了14%,磨削齿轮经电子束处理后弯曲疲劳极限提高了6.1%。齿轮的表面工艺对弯曲疲劳强度影响较大,经过磨削工艺,原始齿轮和电子束处理的齿轮强度分别增加了52.2%和88.2%。
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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。     

基于UG三维有限元仿真方法对齿轮弯曲强度的分析

齿轮啮合疲劳强度的理论计算和虚拟仿真均与实际啮合情况存在偏差,两者的精度值得讨论。本文通过理论计算和UG高级仿真,对改进后的三轮车发动机二档传动齿轮齿面接触疲劳强度与齿根弯曲疲劳强度进行了校核,将理论计算与虚拟仿真结果进行了比较分析。结果表明,齿根弯曲应力和齿面接触应力分布图符合理论推断,有限元仿真的边界载荷条件更为真实。     

铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响的试验研究

当前，表面硬化齿轮存在多种铸锭工艺状态，开展铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响研究，对齿轮抗疲劳精益设计和成本控制有十分重要的意义。对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6渗碳齿轮开展了表面完整性表征测试，研究了不同铸锭状态齿轮的齿根残余应力、表面粗糙度和硬度差异；基于国家标准GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》，设计了齿轮弯曲疲劳试验方案，对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6齿轮开展了升降法齿轮弯曲疲劳试验，获取了不同可靠度下的弯曲疲劳极限，探究了铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳极限的影响；对3种工艺状态齿轮开展了Locati快速测定法的齿轮弯曲疲劳极限测试，研究了两种试验方法的弯曲疲劳极限结果差异，为我国齿轮疲劳基础数据建设与抗疲劳主动设计提供参考。     

大顶隙长齿齿轮高弯曲承载能力关键技术研究

顶隙系数、齿高系数等齿形参数是影响齿根过渡曲线形状的重要因素,而不同过渡曲线对应齿根弯曲承载能力不同。为了取得高弯曲承载能力,延长齿轮的使用寿命,从齿轮根部过渡曲线的刀具加工设计入手,分别考虑齿条型双圆弧刀顶、单圆弧刀顶,建立齿轮过渡曲线数学模型,确定齿根局部应力折截面计算模型,探究两种过渡曲线下高弯曲承载能力齿轮的齿高系数及顶隙系数最优变化范围,进而分析齿高系数、顶隙系数对齿根弯曲承载能力的影响,并用有限元对理论分析进行验证。研究表明:在特定的过渡曲线模型下选取合理的齿高系数及顶隙系数,齿根弯曲承载能力有较大提高,这为高弯曲强度齿轮设计提供理论依据。     

基于空间接触的齿根过渡曲线对齿轮弯曲强度影响分析

在齿轮基本尺寸不变的情况下提高渐开线齿轮强度是一个重要课题。提出一种基于实际物理力学模型的渐开线斜齿轮三维模型空间多齿对同时接触的分析方法,应用Pro/E软件,以齿根过渡曲线分别为典型的双圆弧和单圆弧的两对变位斜齿轮模型为研究对象,按照一定的啮合角度变化,得到全方位接触分析结果,确保齿根弯曲强度结果的较高可靠性。通过对两种齿轮齿根应力的比较得出结论:算例中过渡曲线为双圆弧的齿轮齿根应力约为单圆弧齿轮齿根应力的1.3～1.5倍。最后通过VB(Visual basic)语言对Catia软件进行二次开发的方式仿真加工出上述两种齿轮模型,并在相同条件下进行有限元分析。在仿真加工出齿轮模型的齿根过渡圆弧曲率半径不完全一致的情况下,其齿根应力也满足1.3～1.5倍的结论。该分析方法可为齿根单圆弧齿轮的推广与应用提供基础支持。     

WN齿轮副多点啮合负载及弯曲强度特征的研究

为了探析WN(Wildhaber-Novikov)齿轮传动的弯曲强度特征及失效原因,提出了基于WN齿轮多点啮合的齿根应力计算原理和方法。针对WN齿轮负载传动的点接触和弹性变形特征,建立了齿根弯曲强度分析模型。根据啮合过程中负载、啮合齿轮副和接触点数的变化进行了齿根弯曲应力的计算,利用有限元方法分析了啮合传动中螺旋角以及中心距误差等对最大齿根应力的影响,揭示了WN齿轮传动的失效原因和弯曲强度特征。通过齿根应力实验测试以及和渐开线齿轮的比较证实了本方法的可靠性。     

基于Pro/e的齿轮传动疲劳强度有限元分析

疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。结合对挤齿装备主传动系统的直齿轮啮合疲劳强度的理论计算,介绍了应用Pro/e建立模型,运用有限元软件对轮齿进行了齿根弯曲疲劳强度与齿面接触疲劳强度的力学仿真,并对仿真与理论计算的结果进行了比较分析。研究结果表明:虚拟仿真结果符合理论分析。由于理论计算忽略了径向压应力的作用,故有限元仿真结果相对真实,从而为主传动系统的直齿轮设计提供了参考价值和误差分析的指导思想。     

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。     

基于能量累计曲线的圆柱齿轮疲劳寿命预测模型

圆柱齿轮应用广泛,建立适用范围广、便于计算的圆柱齿轮弯曲疲劳寿命预测模型有重大意义。通过齿轮弯曲疲劳试验结合有限元模型仿真结果,计算得到了不同应力幅值下齿根处能量累计曲线;在能量累计曲线的基础上,得到不同应力幅值下的断裂累计能曲线。基于Palmgren-Miner线性累积损伤理论和以上曲线,提出了一种圆柱齿轮弯曲疲劳寿命预测模型。采用该模型分析了不同应力幅值下的圆柱齿轮弯曲疲劳试验结果,均处于模型预测结果 3倍范围内,证明该模型可以较为准确地预测圆柱齿轮弯曲疲劳寿命。     

齿轮齿根过渡曲线与齿根应力的分析

在介绍重型机械齿轮加工过程中常见的几种齿根过渡曲线的基础上,通过建立有限元分析模型,分析重型机械齿轮齿根过渡曲线与齿根应力的关系。分析认为:重型机械齿轮齿根的过渡曲线与齿轮齿根位置的最大弯应力数值关系密切,表现为一种负相关的关系;过渡曲线应力数值越大,齿轮的抗弯曲疲劳效果越好。