考虑系统变形的电驱动桥齿轮啮合效率研究

传动效率是电驱动桥重要性能指标之一,实际使用条件下,由于齿轮、轴、轴承以及壳体等部件的负载变形,齿轮副之间存在啮合错位。为了准确预测电驱动桥传动系的啮合效率,提出了一种考虑系统变形的电驱动桥齿轮啮合效率计算方法。首先基于传动系等效啮合模型,计算不同载荷工况下传动系每个齿轮副之间的啮合错位量,采用考虑摩擦的齿轮加载接触分析方法(FLTCA)和混合润滑摩擦系数模型对齿轮副的齿面接触力和齿面摩擦系数分布进行计算,得到系统功率损失及啮合效率。然后,与商用有限元软件计算结果进行对比,验证了计算方法的准确性。最后,针对不同载荷工况和不同转速分析了考虑和不考虑系统变形的系统啮合效率,结果表明：随着转矩的增加,系统变形增大,齿轮副之间的错位量增加,导致齿轮副之间发生偏载,齿面摩擦系数增加,系统啮合效率呈下降趋势。     

一种协作机器人非线性刚度建模方法

提出了一种有限元和虚拟关节法相结合的协作机器人非线性刚度建模方法,该方法不仅包含连杆和关节模块线性及耦合刚度,还考虑了机器人传动系统非线性刚度、负载作用下雅可比矩阵变化率以及负载和自重引起的位姿变化对机器人刚度非线性的影响.通过有限元子结构法提取机器人各模块的结构刚度矩阵,与传动系统非线性刚度模型相结合,建立机器人各模块的非线性综合刚度模型;采用数值计算方法计算在外力和自重工况下的静力平衡位姿及各模块受力情况;基于虚拟关节法构建机器人的非线性刚度模型,通过非线性有限元仿真验证了该建模方法的正确性.     

锥齿轮传动系统的参数化设计及仿真

通过Creo 5.0实现锥齿轮的参数化设计和锥齿轮传动系统的运动仿真,利用参数化设计,只需输入锥齿轮的相关参数,就可以直接得到锥齿轮的三维模型,大大提高了锥齿轮的建模效率。对锥齿轮传动系统进行运动仿真,可以在虚拟环境下进行锥齿轮传动的运动模拟和干涉检查,从而验证了锥齿轮建模的准确性和运动的可靠性,降低了设计成本。     

驱动桥主减速器动态特性分析

基于机械动力学理论,对驱动桥减速器进行动态特性分析。首先,建立驱动桥整体模型,分析了齿轮副啮合刚度、误差和啮合冲击激励,并根据啮合刚度的变化进行了传递误差的计算。其次,通过计算加载后的各零件的变形叠加所导致的齿轮副的错位量,研究了驱动桥动态响应结果。最后,提出改善动态特性的可行性方案,通过更换轴承和齿轮齿面修形优化,降低齿轮副错位量,提高其啮合质量,最终改善了驱动桥主减速器传动的动态特性。     

多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析

重载机械式主轴是重型数控(Computer numerical control,CNC)机床摆角铣头的关键功能部件,具有大功率、大扭矩特点,用于加工大型复杂曲面零件。其有限元建模及模态分析的准确性是主轴进一步动力学分析的基础。基于Timoshenko梁理论建立重载机械式主轴的运动方程,采用有限元法得到主轴的矩阵形式的动力学方程;在有限元软件中分别以实体单元和梁单元对主轴进行有限元建模,对轴承以Combin14弹簧单元建模,并以自由模态和实际工况约束条件下进行重载机械式主轴的模态分析;根据轴承型号计算轴承的径向刚度,作为重载主轴模态分析中弹簧单元的刚度参数;进行主轴锤击模态试验,验证重载机械式主轴多约束状态下模态分析建模及仿真结果的正确性。研究表明,把主轴考虑为Timoshenko梁单元和Beam188梁单元进行主轴有限元建模和模态分析时,结果更为准确,弹簧约束梁方式更符合实际情况。研究结果为重载机械主轴系统的进一步优化设计和精度控制提供依据。     

基于有限元法的螺旋锥齿轮啮合刚度计算

螺旋锥齿轮啮合刚度计算是其动力学分析的基础,螺旋锥齿轮动力学分析中多用正弦或余弦级数对轮齿刚度曲线进行近似处理,进而影响动力学分析计算的精度.基于螺旋锥齿轮加载接触有限元分析原理,研究螺旋锥齿轮啮合刚度计算方法,给出使用有限元软件计算螺旋锥齿轮刚度的关键技术及前处理方法,应用有限元分析软件ABAQUS构建一对五齿螺旋锥齿轮模型并计算出法向接触力和综合弹性变形量,得到单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度,分析不同载荷对刚度曲线的影响,结果表明载荷的变化会对刚度曲线的幅值和周期产生较大的影响,在计算刚度曲线时需考虑载荷对重合度以及接触位置的影响,通过计算直齿轮刚度并和已有文献作对比验证了该方法的正确性,研究工作为螺旋锥齿轮动力学分析提供了基础条件.     

基于动力学的风电增速箱多级齿轮传动系统可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立了考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度、综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到了各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力,并求得齿轮的使用系数、齿轮和轴承的载荷系数。在此基础上,建立了基于动力学的风电齿轮传动系统可靠性评估模型,并求得了各零件及传动系统的可靠度,较全面地评价了随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统的可靠性,为风力发电机齿轮传动系统可靠性设计和动态优化奠定了基础。     

基于动力学的风力发电机齿轮传动系统模糊可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮)轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。在此基础上,利用有限单元法、赫兹接触理论和数理统计理论得到了传动系统各齿轮和各支承轴承的动态接触力的概率分布,基于应力)强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统关键零部件的模糊可靠性模型,并计算了关键零部件及系统的模糊可靠度。     

输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响

在驱动桥系统中,滚子轴承是连接轴系与壳体的关键部件,其刚度具有各向耦合性和非线性特性,且与输入转矩有关。为准确高效地分析输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响,基于非线性轴承理论、有限元法和模态综合方法,建立包含主减速器总成、差速器总成、轮毂总成和桥壳等部件的完整驱动桥系统动力学分析模型,根据输入转矩大小的不同,定义轻载、中载和重载三种典型工况,分别计算各工况下的非线性轴承刚度,分析轴承刚度随输入转矩大小变化的特点,对驱动桥系统进行单位谐波传动误差激励下的动力学分析,研究输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响,分析不同工况下准双曲面齿轮动态啮合力的频响特性。计算结果表明,驱动桥系统动力学特性随输入转矩大小变化具有一定规律,能有效指导驱动桥系统的减振降噪设计,避开危险工况。     

齿轮传动系统建模与动态响应特性分析

针对齿轮箱的动力学响应特性进行了研究,探究了齿轮传动系统的动力学建模与动态响应计算分析的问题。以集中参数法建立齿轮传动系统的一维有限元模型,利用铁木辛柯梁原理和材料力学理论建立轴系的全自由度刚度矩阵和质量矩阵,由给定的模态阻尼系数确定系统的阻尼矩阵。考虑由于齿轮耦合和轴承刚度的影响,建立附加刚度矩阵。将由齿轮副啮合传递误差和动态啮合刚度计算获得的动态啮合力作为激振力代入动力学方程,采用动柔度法计算轴承处的动态响应。利用上述原理对某型号齿轮箱的动态响应特性展开分析,计算了其轴承处的加速度响应,并与台架试验测试结果进行对比,两者结果一致性较好,验证了本套建模理论的可靠性,为齿轮箱设计初期阶段的优化提供了理论依据。     

汽车驱动桥壳性能仿真分析及其改进

针对某汽车驱动桥壳强度性能、模态性能和刚度性能难以获取的问题,基于驱动桥壳强度分析原理模型,采用有限元方法对该驱动桥壳进行有限元建模,根据实际工况对驱动桥壳进行约束和加载,其分析结果表明在垂向跳动工况时,驱动桥壳的最大应力超过其材料屈服,位于桥壳与板簧支座的焊缝连接处,不满足设计要求。通过将驱动桥壳厚度增厚,同时增大桥壳的过渡圆弧半径,改进之后驱动桥壳的最大应力有所降低并且小于材料许用应力,满足强度性能要求。模态分析结果表明,驱动桥壳的前三阶约束频率均大于发动机怠速频率,能够避免发生共振风险,满足模态性能要求。刚度分析结果表明,驱动桥壳的垂向每米轮距最大位移小于国家规范要求值,满足刚度性能要求。因此改进之后的驱动桥壳能够同时满足强度、模态和刚度性能要求。     

汽车传动系统非规则壳体类部件有限元建模

针对传统建模方法下汽车传动系统中非规则壳体部件有限元分析结果不准确的问题,提出一种基于部件简化的有限元新型建模方法。详细给出了轴承、齿轮和紧固件等常用部件的模型简化方法,并以汽车主减速器壳体有限元分析为例,基于有限元软件环境,建立了基于传统建模方法和文中提出方法下的两种有限元分析模型;通过对两种模型的仿真结果对比发现:两种方法下汽车主减速器壳体上应力分布总体趋势相同,但是在安装轴承位置等局部区域应力值相差较大。通过对主减速器在输入扭矩为100 N·m,200 N·m和400 N·m三种工况下壳体应力的测试得知:简化方法建立的模型分析结果更加接近实际数值,从而验证了所提方法的正确性和准确性。     

采煤机截割部摇臂齿轮传动系统动力学响应分析

采煤机截割部传动系统实际工况时很容易受到瞬时冲击力,从而产生剧烈振动,加速其薄弱环节的疲劳损伤破坏。现有研究仅以空载或均匀载荷下分析其动力学响应,没有考虑实际工况外部激励载荷以及非线性轴承刚度对齿轮传动系统动力学性能的影响。本文运用LS-DYNA软件对实际工况下的采煤机截割部外部激励载荷进行仿真模拟,同时建立基于ADAMS的截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。考虑截割部重载零部件的柔性效应、齿轮的啮合时变刚度、综合啮合误差、滚动轴承变刚度等因素,对实际工况下截割部齿轮传动系统各齿轮副的动态啮合力和各支撑轴的动态接触力进行分析,得到其在实际工况下的动力学响应。     

基于GAP单元的滚动轴承应力分析

利用有限元分析软件MSC.Marc/Mentat对某一滚动轴承进行有限元分析,采用GAP单元代替滚动体模拟轴承内外圈间的接触,在某组载荷工况下,计算该简化模型的应力结果;在同组工况下,对比实体轴承模型与GAP单元简化模型的有限元分析结果,对比各自的最大应力值;同时用理论计算方法计算轴承在相同工况下的最大应力值,来验证有限元结果的正确性.结果表明:GAP单元可以有效的模拟滚动轴承内外圈之间的接触,从而为滚动轴承建模及与轴承连接的组合件之间的建模提供了一种简便且有效的方法.     

基于轴承及导轨接触刚度的混联机床静刚度研究及优化

针对新型重型混联机床XNZH2430的构型,建立该机床的有限元模型,分析兼顾部件连接处轴承刚度及直线导轨与滑块接触刚度的机床静刚度特性.计算在一定载荷条件下,加载荷处的变形位移,由此得出机床各方向静刚度,并与静刚度试验结果进行了对比.有限元仿真结果与试验结果的相对偏差较小,证明仿真结果是可信的.以有限元仿真为依据对整机静刚度进行优化.对轴承进行优选和更加严格的预紧,使轴承刚度得到提高,对整机重新加载进行计算,整机静刚度得到明显提高.     

大型电励磁直驱风力机主轴承刚度特性分析

轴承是大型电励磁直驱风力机主要的传动和受力部件之一,其刚度特性在风力机传动系统中起到至关重要的作用。以某大型直驱风力机主轴承为例,采用Ansys Workbench有限元软件对主轴承进行接触非线性分析,分别得到轴承径向和轴向位移量,进而得到轴承刚度特性;有限元数值计算值与实验值对比分析,表明采用有限元数值计算的方法是可靠的。     

高速电主轴静刚度仿真与实验研究

主轴静刚度是评价电主轴静态特性的一项重要指标,对保证精密数控机床的加工精度至关重要。基于典型工况下切削力和角接触球轴承径向刚度计算公式,通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了在指定工况下电主轴前端轴向变形量及主轴静刚度。在搭建的实验平台上对电主轴进行了静刚度实验。通过对比仿真结果和实验结果,间接验证了该有限元模型的有效性。基于可靠的有限元模型,进一步仿真获得了电主轴静刚度随前后端轴承预紧力的变化情况。     

弧齿锥齿轮传动系统的耦合振动分析

基于集中参数理论，建立了弧齿锥齿轮的多自由度弯曲-扭转-轴向移动-扭摆等耦合振动的三维空间动力学模型。模型中考虑了传动轴和轴承的弹性变形以及齿轮的啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。在此基础上，对弧齿锥齿轮传动系统的动态响应进行了数值仿真分析，得到系统的动态响应。     

基于Hypermesh的汽车驱动桥壳有限元分析与疲劳寿命预测

驱动桥壳是汽车中的重要部件,应具有足够的强度、刚度以及疲劳寿命。基于CAD/CAE一体化技术,首先利用CATIA软件建立了某轻型汽车驱动桥壳的三维实体模型,虚拟装配后,导入Hy-permesh中建立以3D实体单元为基本单元的有限元模型,并以MSC.Nastran为求解器,通过模拟相关行业标准规定的台架试验及典型工况,得出驱动桥壳强度与刚度满足要求;最后,通过建立驱动桥壳S-N曲线,将有限元结果导入MSC.Fatigue进行模拟台架疲劳试验,得到桥壳整体的疲劳寿命分布,结果表明驱动桥壳疲劳寿命满足要求,验证了设计的合理性。     

汽车驱动桥桥壳静力学建模与分析

针对驱动桥桥壳台架试验国家标准中规定的试验工况条件,采用材料力学的方法进行理论分析;利用UG软件建立了某汽车驱动桥桥壳3D几何实体模型,采用有限元分析的方法,在ABAQUS6.8仿真软件中进行有限元仿真分析;并在台架上进行试验测试,求得该驱动桥桥壳的弯曲刚度、垂直静强度,并对分析结果进行对比,其结果误差在10%以内。分析结果表明,该分析方法切实可行,该驱动桥桥壳具有足够的静强度和刚度,满足设计要求。