装配参数对附件机匣锥齿轮破裂故障的影响

针对航空发动机附件机匣锥齿轮由装配偏差引起的破裂故障,采用行波共振原理和有限元法,对锥齿轮进行模态分析和静应力计算,分析了啮合锥齿轮的齿轮间隙和主动锥齿轮垂直安装角度对主动锥齿轮齿根应力的影响。仿真与试验结果分析表明：主动锥齿轮结构具有一节径和二节径振型,模态频率与试验误差小于2.5%;齿轮装配间隙对齿根应力影响较小,装配工艺的要求相对合理;主动锥齿轮安装角度偏差对齿根应力影响较大,因此需要严格控制角度偏差。主动锥齿轮断齿金相组织形态及其破裂特征分析表明,锥齿轮的破裂类型为疲劳断裂,断口具有节径型振动疲劳断裂特征。     

航空薄辐板齿轮固有特性及稳态响应分析

利用三维建模软件建立了薄辐板结构的齿轮模型,导入有限元软件进行前处理。根据动力学方程及载荷分配求解单个轮齿上的载荷历程,并依据啮合时间进行加载,模拟了齿轮正常工作条件下的受力状态。计算了薄辐板结构齿轮的固有特性,绘制了行波共振图,采用模态叠加法计算了薄辐板齿轮在共振转速和工作转速下的稳态响应并绘制动应力曲线。该方法可以适用于任何齿轮任何转速条件下的稳态响应分析,为齿轮辐板应力校核以及结构优化提供了参考。     

螺旋环阻尼器在航空发动机锥齿轮减振中的应用

针对某型航空发动机中央传动从动锥齿轮振动应力超出齿轮许用应力的问题，介绍了一种应用于锥齿轮的螺旋环摩擦阻尼器。在齿轮轮缘内侧开一个凹槽，将螺旋阻尼环旋入凹槽中；工作时，齿轮轮缘和螺旋阻尼环因周向变形不协调而产生相互摩擦，从而消耗振动能量。将这种阻尼器应用于某型航空发动机锥齿轮减振方案中，试验结果表明，螺旋环阻尼器能够有效降低锥齿轮的振动应力水平；阻尼器安装前后该型锥齿轮的4节径1阶后行波共振应力降幅比高达70.7%,3节径1阶前行波共振应力降幅比为53.4%，减振后的齿轮振动应力水平低于齿轮的许用应力。此外，该型阻尼器还具有安装拆卸方便、附加不平衡量小等优点，在航空发动机齿轮减振中具有广阔的应用前景。     

航空高速直齿圆柱齿轮中的离心应力及其回归分析

本文运用三维有限元法研究了航空高速直齿圆柱齿轮中的离心应力场。计算模型取完整齿轮结构中的一个扇形段,根据作者提出的伪单元法引入循环对称条件考虑移去部分对扇形段结构的作用。讨论了航空高速齿轮中常用的三种辐板(直辐板、斜辐板和一端直辐板)支承形式以及轮缘和轮辐尺寸对齿轮齿根离心应力的影响。数值计算表明,直齿轮中的齿根离心应力及径向和轴向位移与齿轮的转速平方成正比。采用二次回归方法得出了直齿轮齿根离心应力计算系数随轮缘和轮辐尺寸变化的计算公式。从而为全面研究直齿轮中的离心应力提供了一个有效途径。     

航空齿轮复合应力的计算机模拟

在对弧齿锥齿轮啮合分析及发动机附件传动系统动态分析的基础上,确定一对啮合齿轮间所承受的动载荷、相应的轮齿弯曲动应力及行波共振应力后,首次提出了一种新的齿轮动弯曲应力与行波共振应力复合分析的方法,使齿轮应力分析更加符合真实情况。     

斜齿轮动力接触分析及动态特性优化

以某斜齿轮副为例,建立了该齿轮副的参数化三维几何模型及动力接触有限元分析模型。采用显式动力学计算方法对轮齿动态等效应力、齿根弯曲应力、主从动轮的相对转速及冲击力等动力学特性进行了数值仿真。分析表明,轮齿在啮合过程中存在较大的啮合冲击;主从动轮间有明显的转速差,且从动轮负载转矩越大,冲击力就越大。同时对齿廓修形与齿轮副动态特性间的关系进行了详细研究,并基于计算数据提出了改善齿轮副冲击与齿根应力的最佳修形参数,以达到优化其动态特性的目的。     

弧齿锥齿轮啮合过程动态应力分析

介绍了利用ANSYS对弧齿锥齿轮进行瞬态啮合的前置处理、划分网格、使加约束的方法。基于目前弧齿锥齿轮的应力分析研究现状。对齿面啮合质量进行了齿面接触分析(TCA),并且利用在CAE方面有很强能的ANSYS软件对弧齿锥齿轮进行啮合状态下的动态仿真[5-7],得到较为准确的齿面接触应力和齿根弯曲应力。建立了弧齿锥齿轮三维有限元非线性接触模型,对弧齿锥齿轮在一定的转速和负载转矩下进行了动态啮合仿真,得到了一个啮合周期下的齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化规律。进行了轮齿加载接触分析(LTCA),得到了轮齿啮合传动中的齿面接触应力、弯曲应力变化过程。该方法可以进一步为弧齿锥齿轮强度分析和疲劳寿命计算提供理论依据。     

圆弧齿线圆柱齿轮齿面啮合接触冲击应力分布研究

为了研究圆弧齿线圆柱齿轮齿面啮合接触冲击应力的分布规律,基于齿轮系统动力学理论和齿轮传动物理模型,分析了啮合接触冲击发生的原因;根据齿面方程建立精确的三维模型,进而建立不同冲击位置的啮合接触冲击有限元模型;通过对不同冲击速度下不同位置发生的啮合接触冲击进行仿真分析,研究齿面啮合接触冲击应力的分布规律。结果表明,在分度圆附近和齿顶附近发生啮合接触冲击时,从动轮危险区域出现在受载齿面齿根附近;在齿根附近发生啮合接触冲击时,从动轮危险区域出现在非受载齿面齿根附近。     

弧齿锥齿轮固有振动特性分析

弧齿锥齿轮主要用于高速、重载的场合,有可能在额定转速内发生强烈的共振,振动应力急剧增大,致使齿轮过早引起疲劳破坏.运用APDL语言自主开发的弧齿锥齿轮建模程序建立了包含齿轮完整结构的有限元模型,计算了不同腹板厚度下的五个弧齿锥齿轮的固有特性,归纳了几种基本齿轮低阶振型种类.结果表明随腹板厚度的增加弧齿锥齿轮的固有频率有所增大,对变形和振动应力的影响效果则与振型有关.     

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。     

基于温度场的螺旋锥齿轮啮合热特性分析

根据螺旋锥齿轮啮合方程,采用“自底向上”的实体建模方法和八节点六面体等参元,建立其三齿的有限元分析3D模型;采用热传导理论,求解了螺旋锥齿轮本体稳态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了啮合过程热应力和热变形。实例分析结果表明,螺旋锥齿轮副多齿啮合时其中一个齿的啮合中心稳态温度较高,热应力最大处在齿根部位,靠近啮合中心的齿顶部位的热变形最大;由于结构、材料特性等多因素影响,最大热应力和热变形部位不与最高温度点重合。这些为螺旋锥齿轮的设计制造和使用提供了一定依据。     

基于Ansys/LS-DYNA的弧齿锥齿轮动态接触仿真分析

弧齿锥齿轮的啮合是一个极其复杂的非线性过程,为获得更符合实际的接触应力,以一对动车组弧齿锥齿轮为例,在Pro/E中进行三维参数化精确建模,利用Ansys/LS-DYNA对弧齿锥齿轮进行动态接触仿真分析。计算出齿轮副从开始啮合到退出啮合的整个动态啮合过程中的齿面接触应力的分布变化情况,得到轮齿不同部位的有效应力随时间变化的曲线,并对计算结果进行了理论分析。     

基于螺旋非圆齿轮变速装置设计研究

为增加变速器带载换挡能力,解决摩擦片发热烧毁等问题,提出利用非圆齿轮传动替代摩擦传动换挡结构;研究渐开线变厚齿面形成原理,通过增加共轭齿条周向纯滚动和轴向运动约束条件,建立螺旋非圆齿面包络加工数学模型,描述共轭齿条各段齿面失径,推导螺旋非圆齿面方程;利用数值计算实例验证了数学模型的正确性,分析非圆齿的几何特征与轴向移动速度之间的关系,说明共轭齿面仍为线接触;通过对锥齿轮组进行详细设计与动力学仿真,结果显示角速度输出曲线较为平稳,仍存在一定轻微冲击;搭建基于机电检测方案的锥齿轮组自动变速装置试验平台,实现了档位自动变换功能,进一步验证了螺旋非圆齿轮基本啮合原理且锥齿轮组改造设计方案具备一定的可行性。     

功率二分支齿轮传动系统动载特性与模态分析

为了分析功率二分支齿轮传动系统的动力学特性,构建由斜齿分扭传动级与人字齿并车传动级构成的分扭 并车纯扭转动力学模型;通过高斯消元去除状态方程中的冗余变量,解决了系统动力学方程的奇异性并采用 4 阶 Runge-Kutta 法数值求解;分析了无量纲时间下不同齿型构成的 2 级传动动载特性,采用模态分析法,确定该系统的固有频率与固有振型,并结合三维瀑布图分析激振频率对系统共振特性的影响。研究结果表明:该齿轮传动系统由人字齿构成的并车传动级动力学特性优于由斜齿构成的分扭传动级;系统啮合位移与动态啮合力响应瀑布图表明,在该系统激振频率为 1820 Hz 时,系统出现超谐波共振。     

高齿弧齿锥齿轮的承载啮合仿真和动态性能试验

研究了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的加载接触过程，对比了二者在载荷作用下的齿面载荷分布、齿面加载接触印痕和承载传动误差，计算了齿根弯曲应力。在台架试验台上测定了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的噪声和振动量，实验证明高齿弧齿锥齿轮齿面载荷分布合理，弯曲应力较小，具有较低的噪声和较好的动态特性。     

基于温度场的磨齿热特性研究

根据七轴五联动螺旋锥齿轮磨齿机的结构模型和数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热特性。实例分析表明,磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其它各点的瞬态温度,随位置、时间以及其它影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其它条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。这些研究为控制螺旋锥齿轮磨削质量以及磨齿热变形的修形提供了依据。     

螺旋锥齿轮磨齿温度场研究与应用分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热应力和热变形。实例和试验分析表明:磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其他各点的瞬态温度,随位置、时间以及其他影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素的影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其他条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。     

平面齿双曲线锥齿轮的运动学分析

提出了1种平面齿双曲线锥齿轮啮合的运动学公式，利用此公式去比较双曲线锥齿轮啮合面与其他形式啮合面的最大赫兹接触应力，得出平面齿双曲线锥齿轮传动比其他形式齿轮传动能传递更大功率。     

重载弧齿锥齿轮承载特性分析

基于啮合原理和SGM切齿计算方法获取了真实的弧齿锥齿轮齿面点数据,建立了精确的几何模型。采用加载接触分析的方法,建立了重载弧齿锥齿轮的承载特性有限元分析模型。以工况参数和安装误差为变量,研究了弧齿锥齿轮受载情况下的接触区、齿间载荷分配和强度等承载特性。为研究有安装误差和重载工况下的弧齿锥齿轮承载特性提供了一种有效的分析手段。