齿轮系统动态传递误差和振动稳定性的数值研究

建立了计及轮齿时变啮合刚度、啮合阻尼、支承刚度和阻尼的齿轮系统扭转-横向振动耦合的3自由度动力学模型。用数值仿真方法,研究了重合度、支承刚度、啮合阻尼和支承阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响。研究结论对于高速、精密齿轮传动的动力学设计具有积极意义。     

基于全有限元模型的直齿轮动态响应特性研究

在直齿轮传动系统中,啮合刚度是最重要的内部激励源,其引起的加速度响应特征是对齿轮进行状态监测与故障诊断的重要依据。首先,针对传统集中参数法建立的动力学方程的不足之处,采用2节点梁单元建立了齿轮传动系统全有限元动力学模型;其次,考虑齿轮基圆与齿根圆不重合的情况,采用通用齿廓曲线方程获得完整齿廓曲线的描述模型,进而获得了不同失效形式下的齿轮啮合刚度曲线;最后,采用数值方法对动力学模型进行求解,并与实验观测结果进行对比分析。仿真结果表明,在齿轮局部故障的情况下,其时域图形出现了以主动轮旋转周期为间隔的冲击成分,频域中则在啮合频率附近出现了以主动轮转频为间隔的边频带,冲击成分在时域与频域中的强度与局部故障的程度呈正相关关系。实测加速度信号与理论仿真结果呈现了一致的特点,证明了文中所采用方法的正确性。     

基于光电编码器的齿轮动态传递误差测量系统

构建了一套基于光电编码器的齿轮动态传递误差测量系统。该测量系统首先利用光电编码器测量齿轮副的输入轴和输出轴的转角,然后对采集到的脉冲信号进行计数和插值处理,得到基于等时间采样的转角序列,最后通过比较两轴的转角序列即可得到齿轮副的动态传递误差。建立了齿轮系统的非线性动力学模型并基于4阶Runge-Kutta法进行数值求解。通过模拟光电编码器和数据采集卡对仿真结果 (转角信号)进行采样,研究了光电编码器的分辨率和数据采集卡的时间分辨率对测量精度的影响。仿真结果表明,对于最高转速不超过1 500 r/min的齿轮系统,光电编码器的分辨率不低于200线/转且数据采集卡的时间分辨率不低于3.3×10-9s,能够保证测量结果的精度要求。齿轮传动台架实验也表明基于该测量系统得到的动态传递误差具有良好的可重复性,并且其数值大小与实验现场的噪声情况相符合。     

基于模拟直齿轮动态啮合的应力仿真分析

以圆柱直齿轮副为研究对象,建立了有限元模型,并在ANSYS中模拟了齿轮副动态啮合过程,得到了齿轮啮合过程中各临界位置的应力分布和变化图,并分析了齿轮啮合变化对动应力的影响。仿真分析对合理设计齿轮副具有重要意义,能够提高齿轮设计过程的效率及可靠性。     

基于Abaqus的直齿圆柱齿轮疲劳裂纹应力强度因子研究

应力强度因子是研究断裂问题的重要参量,可以度量和控制裂纹的发生发展,对研究裂纹的疲劳损伤及预估寿命具有重要意义。为了研究直齿圆柱齿轮三维裂纹应力强度因子的变化规律,利用Abaqus建立了含半椭圆形初始裂纹的三维有限元模型,计算了半椭圆形裂纹前缘应力强度因子,分析了裂纹大小、形状以及载荷变化对裂纹前缘应力强度因子的影响规律。结果表明,齿根裂纹在扩展过程中主要表现为张开型裂纹;随着载荷的增大,应力强度因子K_I不断增大,但其分布规律保持不变;在载荷不变的情况下,K_I随着裂纹尺寸的增大而增大;在建立的半椭圆形裂纹中,随着长轴的增加,裂纹前缘上的K_I波动逐渐变小。     

基于扩展有限元模型的动态应力强度因子计算

为准确计算基于扩展有限元法（XFEM）的裂纹扩展模型中的应力强度因子,在ABAQUS软件中建立中心裂纹平板和三点弯曲的XFEM模型,采用相互作用积分法,通过用户子程序接口分别实现了Ⅰ型、Ⅱ型断裂模式下裂纹扩展过程中应力强度因子的计算;研究了网格密度与积分半径对XFEM模型应力强度因子计算精度的影响规律,研究结果表明：当网格密度因子为0.012~0.016、相对积分半径为3时,应力强度因子收敛至稳定值,计算误差不超过3%。利用所提方法与程序计算了单边带孔疲劳裂纹扩展试样的动态应力强度因子,试验结果表明：基于Paris理论预测的剩余寿命与疲劳试验结果误差为5.3%,进一步验证了所提方法与程序的正确性。     

基于动态传动误差的齿廓修形直齿轮动态特性分析

建立了含齿廓修形的单级直齿轮传动系统的非线性动态分析模型,该模型包含直齿轮的时变啮合刚度、轮齿侧隙、静态传动误差和陀螺力等因素,并基于非线性振动理论,利用动力学方程数值解析方法求解了直齿轮传动系统的动态传动误差,对比分析了有无齿廓修形对齿轮传动系统动态传动误差的影响。同时构建了动态传动误差测量系统,进行动态传动误差测试。通过将理论计算结果和试验分析结果对比,得到结论:对直齿轮进行合适的齿廓修形可以减小系统的动态传动误差,改善齿轮传动系统的动态性能。     

齿轮传递误差与制造误差关联规律研究

运用提出的齿轮传递误差计算模型,取齿轮制造误差与齿轮变形计算函数,研究齿轮的传递误差曲线计算问题。以一对具体的齿轮为例,将按模型计算的传递误差曲线与用Romax软件计算的传递误差曲线进行对比,结果表明两种计算方法的一致性较好,并推算出,同数量级下的制造误差中,齿距误差主要影响传递误差曲线的形状变化。     

齿轮传递误差计算的分析

齿轮传动系统是精密传动机械的重要组成部分,齿轮传动误差对其精密性有着重要影响.在阗述引起齿轮传动误差的原因和齿轮传动误差的综合方法的基础上,研究了齿轮系统传动误差计算中的几种主要计算方法(绝对值法、概率法和蒙特卡洛法)在计算齿轮传动误差中的优劣,最后结合冲槽机的二级传动齿轮对上述三种方法进行了对比计算,通过计算结果可以...     

齿轮传递误差试验台的研究与开发

通过对变速器齿轮传递误差机理研究,研制齿轮传递误差试验台,实现对变速器整箱及单对齿的传递误差的高精密测量.试验台可模拟变速器总成内啮合齿轮对的真实啮合情况,准确测试啮合齿轮的传递误差.试验台由机械结构设计、测控系统及软件系统构成.采用Romax软件对单对齿测量单元轴系进行扭转刚度分析,验证传递误差测试时输出扭矩为3 000N·m条件下满足传递误差的测试要求.通过试验测试,验证了试验台角度测量系统精度满足变速器齿轮传递误差测试要求.     

基于Pro/E和ABAQUS的直齿轮强度分析

选取一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮,用 AGMA 标准对齿轮的接触强度及弯曲强度进行计算;在 Pro/ E 软件中精确建立该啮合齿轮的三维模型,将模型文件导入 Abaqus 软件,对齿轮啮合进行有限元强度分析,最后将两者的分析结果进行对比。结果表明,利用有限元方法分析齿轮的强度是可行的。     

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。     

基于ANSYS的裂纹尖端应力强度因子研究

通过ANSYS建立焊接接头三区域模型。分别定义了不同的力学性能参数来模拟焊接接头各个区域力学性能的不均匀性,分别计算裂纹处在焊接接头各个区域的应力强度因子。计算结果表明：焊缝应力强度因子最低,母材次之,热影响区最高。说明材料的屈服强度与裂纹尖端的应力强度因子有密切的关系。屈服强度越高,应力强度因子越低。     

齿轮加工误差对齿轮传递运动的影响

本文对齿轮加工误差在齿轮在传动中的表现形式对传动准确性产生的影响进行了分析。     

面向最小动态传递误差波动量的风电齿轮修形研究

提出了一种面向最小动态传动误差波动量的风电齿轮修形方法。首先,采用子结构综合法,将风电齿轮箱划分为行星级和高、低速平行轴斜齿轮级传动子系统,运用多体动力学方法建立了风电齿轮箱的多体动力学模型;进而依托该模型对传动系统的动态特性和啮合性能进行了仿真,获得了各齿轮副的动态传递误差、齿轮损伤率和安全系数。在此基础上,以传动系统动态传动误差波动量最小为优化目标,以齿轮可靠性为约束条件,对齿轮箱中各齿轮进行了三维修形研究。借鉴正交试验原理,确定了齿轮的齿廓修形和齿向修形参数的匹配方案。分析结果表明,采用该修形方案可显著降低传动系统的动态传动误差,改善齿面载荷分布,提高传动件的可靠性。     

汽车变速器齿轮传递误差的研究及优化

齿轮传递误差对汽车变速器的使用性能及使用寿命起着决定性的作用,尤其反映在变速器使用过程中的NVH表现上。本文通过运用MASTA软件计算,台架及整车试验,对汽车变速器齿轮的传递误差进行了分析及优化,得出了提升变速器总成NVH性能的方法。     

基于ABAQUS的环面渐开线齿轮副传递误差分析

以某参数环面渐开线齿轮为研究对象,在ABAQUS软件中建立了其精确有限元模型。基于非线性静力学分析得到了齿轮副的静态传递误差;基于非线性隐式动力学分析得到了其动态传递误差。分析结果表明,静态传递误差随着转矩的增大而增大,动态传递误差与静态传递误差有很大的一致性。     

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。     

渐开线直齿轮的啮合冲击响应

啮合冲击是影响齿轮传动性能的重要因素。本文分析了啮合冲击激励的构成和特点,导出了求解啮合冲击响应的方法。指出了减小啮合冲击的有效途径。