高速重载齿轮传动多目标优化设计研究

针对高速重载工况,以齿轮传动的动载系数和齿面接触应力为优化设计目标函数,齿轮基本参数为设计变量,建立了圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型,分析了设计变量对齿轮传动接触强度和弯曲强度的影响,采用线性加权法求解了齿轮传动的多目标优化问题.结果表明,以动载系数和齿面接触应力为目标函数的多目标优化设计与以最小体积为目标函数的单目标优化设计相比,优化后的动载系数和齿面接触应力更小,达到了减小系统振动和噪声,提高齿轮传动的承载能力的目的,为高速重载齿轮传动设计奠定了基础.     

基于响应面法和蒙特卡罗法的齿轮热弹耦合接触特性研究

首先运用摩擦学、传热学和有限元法研究了齿轮的本体温度场,然后利用间接耦合法对齿轮进行了结构分析,以齿轮材料的线膨胀系数、油温、主动轮转速、主动轮功率及齿面许用接触应力为随机变量,基于响应面法得到了齿面接触强度的极限状态函数,并通过蒙特卡罗法得到了各随机变量对该极限状态函数的概率敏感性。结果表明,响应面-蒙特卡罗法有效简化了复杂结构的可靠性灵敏度分析。     

基于NURBS曲面表示的齿轮齿面光顺

在依据齿面三维离散测量数据所构建的弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮齿面NURBS模型的基础上，进一步采用能量法建立了弧齿锥齿轮齿面模型光顺的目标函数，并使用外点惩罚函数法对齿面进行了光顺处理。通过光顺齿轮可以消除部分测量误差的影响，使后续的齿面接触分析过程更加流畅：所给出的计算实例证明了该方法的可行性和有效性。     

硬齿面齿轮齿根问题

硬齿面齿轮齿根曲线与强度关系极大，正确设计留磨滚刀，既保证加工出合格的渐开线齿面，又有最佳的过度曲线，可提高硬齿面齿轮质量。     

基于MASTA软件的圆柱齿轮修形设计

以某型齿轮箱为研究对象,运用MASTA软件对齿轮进行强度分析并进行修形设计,以改善齿面接触强度、齿根弯曲强度及齿面抗胶合能力,减少传递误差和齿轮的啮合振动,优化齿面载荷分布,降低噪声。     

偏置蜗杆面齿轮传动的参数化建模与接触分析

偏置蜗杆面齿轮传动是由圆柱形蜗杆与曲线齿面齿轮构成的一类新型齿轮传动,曲线齿面齿轮的齿面几何形状不同于常见的直齿或斜齿面齿轮,其齿面形状复杂,具有不对称性等特点。将偏置蜗杆面齿轮作为研究对象,以齿轮啮合理论为基础,完成对曲线齿面齿轮齿面方程的求解,结合MATLAB编程、Solidworks实体建模,得到其几何模型。建立渔线轮中偏置蜗杆面齿轮传动副模型,并通过有限元软件分析实际工况下该对齿轮副的接触情况和传动特性,为后续面齿轮传动系统的优化设计及传动强度校核提供实验指导和理论依据。     

基于KISSsoft的齿轮修形优化设计

以风电齿轮箱高速级齿轮传动为研究对象,利用KISSsoft软件进行齿轮修形优化设计。通过对比高速级齿轮原有单一目标齿轮修形设计及多目标修形优化两种状态下的计算结果,得出以提高齿面接触、齿根弯曲强度和齿面抗胶合能力,减小传递误差及改善齿面载荷分布的多目标修形设计可以有效地提高齿轮强度,改善啮合质量,降低齿轮传动振动和噪声。     

具有可控性二阶传动误差函数的面齿轮设计新方法

为获得连续的齿轮副传动误差,提高齿轮传动的动态性能,提出了一种具有可控性二阶传动误差函数的面齿轮设计新方法,描述了齿轮传动反映输出和输入角度关系的二阶传动误差函数的数学模型,给出了面齿轮数控加工过程中具有二阶传动误差函数的齿面方程。为了降低印痕对安装误差的敏感性,建立了盘形砂轮对渐开线圆柱齿轮齿向修形的模型,发展了圆柱齿轮齿向修形的鼓形齿面,对具有二阶传动误差函数的面齿轮和齿向鼓形的圆柱齿轮的啮合进行了计算机仿真和啮合质量评价。结果表明,齿轮副输出的传动误差与预设的二阶传动误差函数相一致,实现了齿轮副的传动误差由被动输出向主动控制方式的转变。     

偏置面齿轮齿面方程和仿真

曲线齿面齿轮传动是由曲线齿面齿轮与圆柱型蜗杆构成的一类新型齿轮传动。曲线齿面齿轮的齿面几何形状不同于常见的直齿或斜齿面齿轮,其齿面形状复杂,不具有对称性。将偏置面齿轮作为研究对象,研究它的齿面方程,结合MATLAB编程,SolidWorks仿真和其他的计算机辅助分析工具,仿真真实的齿面,画出相应的偏置面齿轮模型和验证模型的正确性,这些理论是偏置面齿轮齿轮接触调整,强度分析和动力学特性分析的基础。     

高齿准双曲面齿轮的轮齿加载接触分析

给出了准双曲面齿轮齿加载接触分析的数学模型和加载接触分析的求解方法，计算了高齿准双曲面齿轮和普通齿准双曲面齿轮副的加载接触过程，对比了两种齿轮在不同工况和安装误差条件下的齿面印痕、齿面载荷分布、齿间载荷分配和承载传动误差，证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载载体分布、齿间载荷分配和承载传动误差，证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载荷分布和齿间载荷的分配合理，接触印痕受安装误差的影响较小，具有较高的强度和较好的动态特性。     

基于正变位的啮合齿轮副中心距优化设计

分析了啮合齿轮副的变位系数与齿面承载能力的关系，以变位系数之和最大为目标函数建立数学模型；按啮合齿轮副的齿面承载能力最大为原则，优化设计啮合齿轮副的中心距，为啮合齿轮副的设计提供一定的参考。     

小齿轮齿线修形对弧线齿面齿轮齿面影响分析

结合渐开线齿廓弧齿圆柱齿轮齿面生成原理,增大弧线齿圆柱齿轮凹齿面的圆弧半径,推导圆柱齿轮齿面方程,得到截面单齿厚度延轴线不同的弧线齿圆柱齿轮。以弧线齿圆柱齿轮为假想刀具,推导出弧线齿面齿轮齿面方程,将有无齿线修形的面齿轮做对比,并进行了内径分析。结果表明,在保持原有面齿轮设计参数不变的情况下,修形后的面齿轮与原面齿轮内径处的齿厚相差0.113 mm,且面齿轮单齿齿厚沿着齿宽由内向外逐渐增大;同时,修形后的弧线齿面齿轮外径端面并不是尖状,而呈现平面状,从而避免了修形后的面齿轮出现外径齿顶变尖现象。因此,对小轮齿线修形可增加面齿轮单齿厚度,提高面齿轮传动强度;也为后续齿线修形生成的弧线齿面齿轮抗偏载及啮合特性等方面提供了理论基础。     

非正交斜齿面齿轮弯曲强度计算方法研究

关于面齿轮弯曲强度计算尚未见到解析计算方法与公式的相关文献。为此,基于齿面接触分析原理,推导弯曲力臂长度计算公式,参考锥齿轮弯曲强度计算标准(ISO 10300(3):2014),提出非正交斜齿面齿轮齿根弯曲强度解析计算方法。以某一参数面齿轮传动副为例,利用Abaqus有限元软件进行齿根弯曲强度计算,提取非正交斜齿面齿轮齿根弯曲应力值,将有限元结果与解析计算的结果进行对比,两者误差为8. 5%左右,表明提出的非正交斜齿面齿轮齿根弯曲应力计算方法正确可行。研究工作解决了面齿轮弯曲强度计算尚无解析计算公式问题,在进一步细化完善后,有望形成基础的面齿轮弯曲强度设计计算公式。     

斜线齿面齿轮插齿加工及有限元分析

接触强度和弯曲强度直接影响着斜线齿面齿轮副的使用寿命,是其设计的重要指标。以斜线齿面齿轮副为基础,研究准共轭齿廓的展成原理,建立面齿轮齿面的精确数学模型,并进行齿宽设计;采用逆向建模软件CATIA建立高精度实体模型,利用ABAQUS对齿轮副进行有限元分析,提取出倾角为0°和倾角为5°时两组不同的斜线齿面齿轮副的接触应力曲线和弯曲应力曲线,进行比较得出了弯曲应力和接触应力的产生位置和变化情况,为斜线齿面齿轮的可靠性提供了参考。     

高速重载燃油泵齿轮副疲劳寿命预测方法研究

本文针对高速重载航空燃油齿轮泵的齿轮疲劳失效问题，开展了齿轮副的疲劳寿命预测研究。首先，采用赫兹接触模型理论和悬臂梁等效模型等解析法和有限元法，分析了齿轮的许用安全系数及啮合接触应力；其次，进行了齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的有限元计算；最后，采用有限元法进行了3种典型工况下的齿轮疲劳寿命预测。研究结果表明，齿轮接触及弯曲强度安全系数和接触应力均满足材料强度要求，齿轮齿面可靠性不低于99.97%，预测疲劳寿命为5027h，达到了该型齿轮泵设计寿命要求。     

三维螺旋齿廓曲面接触强度计算模型

从三维螺旋齿廓曲面的形成得到接触强度计算模型。介绍改进的有限元齿廓曲面接触强度计算法,包括改进的计算方法、确定产生最大接触应力时啮合位置的方法等。提出计入齿面接触载荷非线性及啮合齿对数发生变化时的斜齿轮三维强度有限元建模方法及程序,给出应用实例。该方法使齿面接触强度计算更接近工况。此方法还可应用于圆柱螺旋齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等传动接触强度的计算。     

硬齿面齿轮刮削工艺研讨

硬齿面齿轮和软齿面齿轮相比：硬齿面齿轮的中心距仅是软齿面齿轮中心距的2／3，而硬齿面齿轮的重量仅是软齿面齿轮重量的40％。通过对比可以看出，采用硬齿面齿轮对增大齿轮传递扭矩、减小齿轮的体积、延长齿轮的使用寿命、节约材料的消耗都具有明显的意义。然而，提高齿轮齿面的硬度后会给齿轮的加工带来很大困难，一方面，一些厂家因为没有磨齿机床而不能进行硬齿面齿轮的加工；     

基于分形理论的齿面形貌模拟方法研究

为了研究齿轮的齿面形貌对齿轮啮合的影响,引入分形理论,从而实现渐开线齿轮的齿面形貌模拟。通过分形理论中的W-M函数、渐开线方程和螺旋线方程,并运用Matlab编程对渐开线直齿轮和斜齿轮进行齿面模拟,观察仿真发现:随着分形维数的增加,齿面形貌由不规则波动向平整过渡,因此适当提高齿面维数有利于齿面质量的提高。研究为后续进一步研究齿轮啮合过程中的力学特性提供了前期理论基础。     

改进遗传算法和ABAQUS的斜齿轮传动优化设计

选取一对外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮,以其分度圆圆柱体积最小为优化目标函数,建立数学模型。为满足斜齿轮齿根弯曲强度和齿面接触疲劳强度,运用改进的遗传算法将求解过程简化,得到最优解。并利用ABAQUS有限元软件,对齿轮啮合进行有限元强度分析,最后将分析结果进行模拟显示。结果表明,利用遗传算法求解斜齿轮问题便捷可靠。     

硼酸盐添加剂对齿轮表面疲劳强度的影响

以一对渐开线圆柱齿轮为实验齿轮,制备了含硼酸盐添加剂的齿轮润滑油,并选用ISOVG68矿物油与之进行对 比实验。通过齿面强度计算表明,齿轮副的齿面强度不够。利用EHL理论计算齿轮副齿面的润滑油膜厚度表明,齿面 处于边界润滑状态,但实验结果表明,使用含硼酸盐添加剂齿轮润滑油的齿轮副可传递的扭矩达8.59N·m,且齿面未发 生点蚀现象,仅有齿面塑性流动现象发生。这是由于硼元素渗进齿轮表面,形成了改性层,极大改善了齿轮表面性能。 使用ISOVG68矿物油作为润滑油的齿轮副仅可传递扭矩5.96N·m,且齿面沿节线发生大量的点蚀现象。