随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究

对随机风场进行了模拟,得到了正常发电工况下主轴扭矩的时间历程;建立了齿轮副的三维有限元模型,计算了在静态载荷下齿轮副的应力应变。采用随机载荷雨流计数法对齿轮载荷进行雨流计数,并对结果进行了统计学分析,得到应力均值符合三参数威布尔分布。研究了服从三参数威布尔分布的分布参数对齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明采用随机载荷相对于采用载荷均值齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命疲劳寿命下降,形状参数增大齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命增大,尺度参数和位置参数增大齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命减小。     

空气压缩机用高重合度斜齿轮副的疲劳寿命分析

针对现役空气压缩机用斜齿轮副的疲劳寿命预测问题,提出了一种基于CAE协同仿真技术的快速疲劳寿命预测方法。采用在ANSYS软件中建立高重合度斜齿轮副的三维静态非线性接触的多齿有限元模型,对齿轮副进行应力计算,进而采取齿廓修形以改善由于啮入或啮出冲击所引起的齿顶应力集中情况。在动力学分析软件ADAMS中得出载荷谱,并利用疲劳分析软件FE-SAFE对斜齿轮副的疲劳寿命做出预测。研究结果表明:齿廓修形可有效地降低啮入啮出冲击;ADAMS可以快速地获得载荷谱,修形后的斜齿轮副寿命能够满足设计要求,且与实际疲劳损伤情况相符。     

基于载荷谱的斜齿轮副疲劳性能研究

建立斜齿轮副三维接触有限元模型,借助Ansys生成模态中性文件,利用Adams进行柔体动力学仿真获得斜齿轮副接触力作为载荷谱,结合Ansys静态接触分析获得的斜齿轮副应力应变和斜齿轮副材料的S-N曲线,在nCode中进行疲劳寿命分析并建立精确的含齿廓偏差的斜齿轮副模型,研究齿廓偏差对斜齿轮副疲劳寿命的影响。结果表明,随着齿廓偏差的增大,斜齿轮副疲劳寿命降低。     

某减速器脱啮运行使用寿命仿真研究

某减速器运行过程中振动加速度传感器记录到明显的脱啮冲击现象,由于齿轮脱啮带来的冲击易加速齿轮的疲劳磨损,对于强度较低的齿轮甚至易引起失效断裂,因此以齿根弯曲应力及齿轮弯曲疲劳寿命为研究目标,对该齿轮副脱啮运行状态下的使用寿命进行仿真研究。首先利用Solid Works及其插件Gear Trax建立传动系统三维模型,在ADAMS中对输入轴施加相应的转矩波动模拟脱啮,计算齿轮副脱啮状态下的冲击动载荷。在考虑此冲击动载荷的情况下,利用ANSYS对该齿轮副进行弯曲疲劳使用寿命仿真分析,最终仿真计算结果表明脱啮运行状态下该减速器齿轮齿根弯曲应力远小于其许用应力,弯曲疲劳使用寿命达到3×106次循环,为无限寿命,较为可靠。     

兆瓦级风电齿轮增速箱箱体有限元分析

风电齿轮增速箱是兆瓦级风力发电机组的关键部件。应用有限元法,对风电齿轮增速箱箱体进行静强度分析和疲劳分析。在SolidWorks软件中建立箱体的几何模型并且进行简化处理,再将简化后的模型导入Ansys workbench环境下划分网格,根据风电齿轮箱的实际运行情况确定其边界条件及所受载荷,计算求解其应力、应变和变形。根据计算结果分析结构中可能存在的危险区域并提出了改进方案。在此基础上进行疲劳强度分析。通过对疲劳载荷谱的合理简化,计算出寿命、安全系数、损伤和等效交变应力。根据计算结果分析确定结构危险区域疲劳寿命是符合设计要求。     

18CrNiMo7-6和20CrMnTi材料齿根弯曲疲劳寿命对比

对比了齿轮钢材料18CrNiMo7-6与20CrMnTi的齿根弯曲疲劳寿命。基于这两种材料的疲劳特性,采用SolidWorks中的GearTrax插件建立齿轮模型,并通过Workbench对齿轮的轮齿进行静力学分析;将静力学分析结果导入疲劳分析软件FE-SAFE中,结合载荷谱信息对两种材料齿轮进行疲劳寿命计算,得到齿轮的寿命云图并进行了仿真分析比较;通过试验验证了该仿真方法的可行性。结果表明,在相同的载荷条件下,18CrNiMo7-6齿轮的疲劳寿命大于20CrMnTi齿轮的疲劳寿命,与试验结果较为接近。该分析结果对工程实践具有一定的指导作用。     

冲击载荷作用下齿根过渡圆角半径对轮齿疲劳寿命的影响

在某减速机同步器失效后发生打齿的情况下。以斜齿轮为研究对象,对其进行静力学强度分析,找出轮齿应力集中区域及最危险部位。发现通过增大齿根过渡圆角半径可降低轮齿所受应力。随后结合齿轮实际工况,利用ANSYS/LS-DYNA模拟了真实情况下轮齿间的冲击碰撞,得到了冲击载荷谱。将静力学分析结果与仿真得到载荷谱同时导入疲劳分析软件ANSYS/FE-SAFE中对斜齿轮进行了轮齿疲劳寿命分析,可知齿根过渡圆角半径的增大可使轮齿寿命显著提高,为斜齿轮结构优化设计和齿轮工况研究提供了理论依据。对于冲击载荷作用下的轮齿疲劳寿命预测也提供了一种新方法。     

齿轮弯曲疲劳寿命及可靠性分析研究

齿轮是传动系统中的关键部件,对其疲劳寿命及可靠性研究非常重要.采用了名义载荷法完成齿轮疲劳寿命的估算并对其可靠性进行研究.将齿轮材料属性定义为结构钢,给定齿轮工作载荷谱,并基于疲劳损伤理论Miner,完成时齿轮疲劳寿命的研究.     

液压支架偏心载荷作用下疲劳寿命的分析

采用有限元仿真模拟的形式对液压支架在偏心载荷作用下的疲劳寿命进行分析。结果表明,顶梁的最小疲劳寿命值为1 541次,底座的最小疲劳寿命值为4 861次,对顶梁的最小寿命位置处进行结构优化设计,将其疲劳寿命值提高至大于2 000次。     

服从正态分布随机载荷作用下齿轮弯曲疲劳试验研究

根据齿轮传动过程中普遍承受的高斯分布载荷谱,编制了试验用随机变幅疲劳载荷谱,在MTS电液伺服疲劳试验机上利用成组试验方法完成了该随机载荷作用下全寿命齿轮弯曲疲劳试验,得到了特定变差系数高斯分布载荷谱下齿轮弯曲强度的R-S-N曲线。试验结果证明,随机变幅疲劳试验得出的轮齿疲劳寿命低于由疲劳载荷上限值取为载荷谱均值的恒载荷疲劳试验得出的疲劳寿命,因此,如果采用后者的试验结果去估算实际服役中的齿轮的弯曲疲劳寿命是非常危险的。对随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论值进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析结果与试验结果基本相符。     

立磨减速机弧齿锥齿轮副动态疲劳性能研究

建立磨减速机输入弧齿锥齿轮副的三维接触有限元模型,借助LS-DYNA软件对锥齿轮副柔性体动力学进行仿真分析,得到锥齿轮副的瞬态接触力,以此为疲劳寿命分析的载荷谱,结合静载作用下的应力结果和锥齿轮副材料S-N曲线,在FE-SAFE中采用最大主应力算法对锥齿轮副进行疲劳寿命分析,并研究了应力集中系数、载荷和残余应力对锥齿轮副疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,锥齿轮副寿命随应力集中系数和载荷的增加而减小,疲劳寿命对载荷较敏感;残余拉应力使锥齿轮副的疲劳寿命降低,而残余压应力使锥齿轮副的疲劳寿命提高。     

极限载荷工况下滚珠丝杠副疲劳弹性寿命研究

滚珠丝杠副因高精度、高可靠性等特点,被广泛应用于机械、航空航天及核工业等领域。传统滚珠丝杠副寿命计算方法是以疲劳点蚀为失效判定依据,而在航空航天等极限载荷工况下,滚珠丝杠副需要在短时间内承受几近额定静载荷的负载,其主要失效形式将变为塑性变形失效。因此,基于疲劳点蚀的疲劳寿命理论和计算方法不再适用。基于滚珠丝杠副的塑性接触变形特性提出了疲劳弹性寿命的概念及计算方法。基于滚珠丝杠副刚性试验台设计了疲劳弹性寿命测试方法并进行了试验,发现提出的疲劳弹性寿命计算方法的误差在15%以内。通过灵敏度分析,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命的影响最大的为适应比,其次是接触角、导程、轴向载荷、丝杠节圆直径,滚珠直径最小。     

相错轴渐开线螺旋齿轮副接触疲劳分析及修形影响

基于空间啮合理论,推导了相错轴渐开线螺旋齿轮副的啮合方程和齿面方程,编写Matlab程序,生成齿轮副的实体和装配模型,由显式动力学接触分析得到齿轮副的瞬态接触力、接触应力和输出转速,进而进行齿轮副疲劳寿命分析;研究不同齿廓修形量对齿轮副接触应力、输出转速波动及疲劳寿命的影响规律。结果表明,适度的修形可以减小齿轮副的动态接触应力,降低输出转速波动,提高疲劳寿命,但对接触力的影响不大;在一定范围内,增大修缘厚度可以减小齿轮副动态最大接触应力,提高疲劳寿命,但同时加剧输出转速波动;增大随修缘高度会增大齿轮副动态最大接触应力和输出转速波动,减小疲劳寿命。     

变位系数对超高转速齿轮副的疲劳寿命优化

为了研究变位系数对超高转速、冲击载荷下齿轮系统传动系统的疲劳寿命的影响,文中采用三维建模软件NX10.0对现有绿篱机的高速齿轮副进行了建模,通过有限元分析软件ANSYS对其进行了变形量与最大主应力分析,以及完成了综合使用寿命的计算,根据木桶原理,得出现有变位系数选取不合理。文中分别对主、从动齿轮在对应的变位系数取值区间范围内进行多组取值分析计算,在等强度设计原则下,对此处齿轮副变为系数进行了优化。优化后的主、从动齿的最大变形量分别减小了1.16%,16.01%,以及该对齿轮副的使用疲劳寿命提升了9.01倍。这对该款绿篱机的后续优化提供了指导意义。     

工艺强化后传动系齿轮疲劳寿命增长潜力的研究

为了探索工艺强化后齿轮疲劳寿命的增长潜力,采用轿车齿轮实物物理试验的方法,比较系统地研究某轿车齿轮在低幅载荷作用下结构疲劳寿命的改变,证实低幅应力区内存在一个强化载荷区。用强化载荷区内的不同载荷对齿轮进行预锻炼,齿轮的疲劳寿命会有不同程度的提高,最高可使疲劳寿命提高一倍。在试验结果的基础上,通过数值插值,进一步反映出强化后齿轮疲劳寿命的变化趋势,为摸索利用磨合工序提高齿轮的疲劳寿命提供技术依据。     

基于行驶仿真试验的齿轮疲劳寿命分析

利用虚拟样机模型,通过行驶仿真试验获取了传动箱齿轮在各任务剖面的动态载荷谱。通过三维接触应力分析,得到了齿轮危险点的应力-时间历程,用插值法对恒转矩下获得的仿真载荷进行了修正,分析了载荷的分布规律,采用权系数法确定了多工况的二维联合概率分布函数,建立了传动箱齿轮在全寿命里程的疲劳设计谱。采用二维概率Miner准则计算了零件的疲劳寿命,并分析了相关参数对齿轮寿命的影响。     

基于行驶仿真试验的轮边减速器疲劳寿命预测研究

轮边减速器是重型车辆的重要降速增扭传动机构,然而轮边减速器在设计阶段由于缺乏准确可行的工作载荷数据,采用的设计载荷是静态载荷而非实际工作载荷。由于实际工作载荷和设计采用的静载荷存在相当大的差距,因此在设计载荷下的得出的轮边减速器的寿命远远高于实际载荷作用下的实际寿命。为解决实际工况下轮边减速器所承受实际动态载荷的难题,本文基于MSC.ATV建立了某重型车辆虚拟行驶试验平台,获得了轮边减速器各零部件承受的动态载荷。基于疲劳仿真分析软件,获得了轮边减速器重要部件行星架及传动齿轮的疲劳寿命。预测仿真实例证明了对轮边减速器构件进行疲劳寿命预测的可行性,解决了复杂工况载荷条件下重型车辆轮边减速器疲劳寿命预测的难题,研究成果还可推广应用于相关工程领域,具有非常重要的实用意义。     

基于柔性体载荷谱提取的某乘用车后副车架动态疲劳寿命分析

汽车行业中《后副车架疲劳台架试验规范》给定的试验载荷均通过控制臂作用于副车架,应用静力疲劳分析方法对后副车架进行疲劳寿命预测,需要将全部组件纳入到模型中,工作效率低且无法保证计算精度。为提高仿真效率和精度,通过Hyper-Works和ADAMS软件建立后副车架疲劳台架试验刚柔耦合动力学模型,分析安装点受力情况并提取载荷谱,在Hyper-Works软件中应用惯性释放法对后副车架进行静力分析,导出单位载荷下的应力分布模型到N-Code软件中进行动态疲劳寿命分析。通过与台架试验对比,该副车架疲劳寿命仿真分析方法有较好的工程实践应用价值。     

塑料斜齿轮与金属蜗杆传动机构疲劳寿命分析

高分子材料领域的快速发展,促进了中低载荷齿轮传动中金属齿轮塑料化的趋势。塑料斜齿轮常被用于代替金属蜗轮与金属蜗杆进行啮合传动,但金属与塑料材料的各方面性能差异较大,塑料斜齿轮损伤形式复杂,其疲劳寿命难以预测。针对这一问题,基于Hertz接触理论和航天领域形成的相对坐标法,运用多体动力学软件RecurDyn建立金属蜗杆与塑料斜齿轮的刚柔耦合动力学模型,获得了塑料斜齿轮在对应加载工况下的瞬态应力值,作为Durability模块中塑料斜齿轮的载荷输入值;引用德国塑料齿轮标准VDI 2736中POM齿轮疲劳寿命与接触应力幅值关系,得到塑料斜齿轮材料的S-N曲线,并基于应力时间历程寿命计算准则,对塑料斜齿轮的疲劳寿命进行了分析。通过疲劳台架实验验证了该分析模型的准确性,为后续塑料齿轮疲劳寿命的研究提供了理论依据。     

某无人直升机主传动齿轮啮合强度分析

基于ANSYS分析软件,采用接触单元,对某无人直升机主传动齿轮副的啮合过程进行数值模拟,直观得到了啮合过程中齿轮副上的瞬态应力,并对该齿轮副进行疲劳计算,预估其寿命,从而为该齿轮安全工作和优化设计提供理论依据。这种基于ANSYS的齿轮啮合强度分析方法可为其它齿轮啮合疲劳传动分析提供借鉴。