齿面修形对人字齿轮啮合刚度影响分析与试验研究

为了准确地计算考虑轴向窜动的人字齿轮时变啮合刚度,建立考虑轴向窜动的人字齿轮轮齿承载接触分析模型,在此基础上推导考虑安装误差的人字齿轮轮齿综合啮合刚度,分析不同载荷下的啮合刚度变化特性;采用遗传算法对人字齿轮齿面展开以轮齿啮合刚度波动幅值为目标的齿面三维修形优化设计。以某单级人字齿轮副为对象的实例计算表明,考虑轴向窜动的人字齿轮副啮合刚度随着外载的增加而增加,且增长幅度随着载荷增加而减缓,最后刚度均值及其波形幅值均趋于稳态。搭建人字齿轮封闭功率流式试验台,给出利用高精度圆光栅对人字齿轮啮合刚度的测量方法,结果表明,理论计算与试验测量的人字齿轮啮合刚度随啮合周期变化波形基本保持一致,在给定负载下,最大偏差小于8.8%,且修形前后啮合刚度波动幅值变化趋势亦保持一致。     

动载荷作用下的轴颈涡动与滑动轴承瞬态油膜力耦合机制研究

滑动轴承瞬态油膜力既是转子-轴承系统阻尼的主要来源,也是导致机组稳定性下降的重要原因。针对大扰动下的动网格更新问题,采用一种适用于固定瓦轴承的新型结构化动网格技术,建立了动载荷作用下滑动轴承非线性瞬态油膜力的CFD模型,该模型中采用"全空化模型"描述润滑介质的空化。针对圆柱形轴承和多油楔滑动轴承分析了轴颈涡动与瞬态油膜力之间的相互作用机制。结果表明:非线性油膜力支撑下,计算得到静平衡位置结果与试验结果的偏差小于2.5%,说明了该模型可以较为准确的描述转子-滑动轴承系统;非线性油膜力支撑下,动载荷对于转子稳定性有明显影响,当动载荷较小时,在轴颈涡动过程中油槽会严重削弱径向、切向油膜力;随着动载荷的增加,油槽的作用减小,径向、切向油膜力逐渐增加,进而抑制半速涡动;对于多油楔滑动轴承,油槽的影响相对较小,故而油膜力可以提供足够的刚度和阻尼,以保持较高的稳定性。     

燃气轮机转子-轴承系统的油膜涡动分析

建立了小平衡双盘转子-油膜轴承系统模型来分析某型燃气轮机转子-轴承系统的整体动力学特性,根据实际燃气轮发电机组的运行参数和结构特征,选取合理的参数,采用数值方法分析了在平稳升速过程中系统涡动的扩展过程,表明涡动的发展可分为三个阶段:(1)稳定的惯性同步涡动阶段;(2)油膜涡动的积累阶段,即振动能量由惯性涡动向半速油膜涡动迁移;(3)油膜振荡锁频阶段.分析了不平衡量对系统幅频特性和涡动扩展过程的影响,揭示了油膜振荡的跳跃特性.分析结果在多个实验研究文献中得到证实,表明所建立的模型可以用来分析燃气轮机转子系统的整体动力学特性.     

齿轮啮合轴系振动分析的整体传递矩阵法

分析计算了轮齿啮合综合刚度,推导了齿轮耦合单元的传递矩阵,编写了计算单对轮齿综合弹性变形(综合刚度)的通用程序,为将整体传递矩阵法推广、应用于更复杂的包含齿轮啮合效应的齿轮传动转子多轴系统的动力计算问题奠定了良好的基础.采用整体传递矩阵法对具有齿轮啮合的多转子相互耦合系统的临界转速进行了计算.计算结果表明,这是一种精确度高,简便实用的方法,适于工程技术人员在微机上应用.     

椭圆轴承—转子耦合系统动力学特性研究

为研究椭圆轴承的润滑特性及转子-轴承系统的非线性动力学特性,采用适用于椭圆轴承的变流域动网格方法实现了润滑流场的非稳态计算,通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了椭圆轴承润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算。从滑动轴承润滑流场内部分析了圆柱和椭圆轴承的瞬态工作过程,比较了上轴瓦的油膜压力分布及承载力的变化情况。分别就轴承结构参数、转速和不平衡量对轴承-转子系统工作特性的影响展开讨论,数值计算表明,椭圆轴承在x,y方向的支撑刚度不一样,对稳定性起主要作用为顶隙;轴颈的涡动中心不仅决定于转速,而且随动载荷的变化而变化,随着不平衡量的增加,涡动中心逐渐向坐标原点靠近,使转子-轴承系统稳定裕度降低。该方法为椭圆轴承动力特性及转子-轴承系统稳定性的研究提供了理论支持。     

立磨减速机斜齿轮副啮合性能分析及齿形优化

齿轮运转过程中,偏载会影响齿面啮合性能,降低齿轮的寿命,因此,需要减小偏载带来的不利影响.利用Romax软件的微观几何设计功能,以传动误差的波动值最小为目标函数,以齿廓的修缘量和起始角、齿向的偏斜和鼓形量为设计变量,对立磨减速机平行级斜齿轮副的修形参数进行优化,以寻找最佳修形量.对比发现,修形后齿轮副的传动误差、单位长度的法向载荷、最大接触应力以及轮齿所受载荷均有较大改善,优化效果较为明显.齿轮微观几何设计可有效解决偏载,改善轮齿的啮合性能,提高传动的平稳性.     

齿轮传动系统的非线性冲击动力学行为分析

主要研究在考虑时变刚度和摩擦时,轮齿间隙及载荷参数对齿轮系统冲击动力学响应的影响,首次研究了齿轮传动非线性动力学的脱啮冲击、周期解的形成过程及对应的非光滑系统冲击中出现的切分岔行为。含时变参数系统的解析求解非常困难,本文根据间隙函数,将相平面划分为三个区域并构建了与之相对应的Poincare映射,结合谐波平衡法及序列二次规划方法求得了区域 和 内的解,利用数值仿真的方法分析了载荷参数、初始条件等因素对齿轮冲击响应的影响,本文研究表明： 1)随着常量载荷 的增大,脱齿运行的时间减小,且啮合冲击的速度也逐渐减小,齿轮的运动也相对平稳,同时出现切分岔的初始速度的绝对值迅速增大;2) 随着载荷波动分量 的增大,脱齿运行的时间减小,但是啮合冲击的速度也相应的有所增大,轮齿间冲击的冲击比较剧烈&;#61472;。     

不平衡转子涡动对鼓筒振动特性影响

针对叶轮机械中鼓盘式转子,考虑转子涡动与鼓筒振动间耦合作用,建立轮盘-鼓筒-转轴系统动力学模型,分析不平衡转子涡动对鼓筒振动特性影响。结果表明,不平衡转子涡动仅与环向波数为1的鼓筒弹性振动模态耦合;转轴支撑刚度为线性时,转子稳态运动轴心轨迹为圆形,不平衡转子涡动不直接引发鼓筒稳态弹性振动;转轴为非线性支撑时,转子稳态运动轴心轨迹变复杂,不平衡转子涡动会引起鼓筒小幅稳态振动。     

包含转速的航空发动机转子与轴承孔径向非接触动刚度及试验验证

采取航空发动机转子与轴承孔之间的计算流体动力学方法,考虑转子转速,推导出任意位置油膜厚度的精准解。建立转子与轴承孔之间的实际接触面积、径向载荷与径向非接触动刚度的理论解。研究结果表明:随着径向载荷的增加,转子与轴承孔两粗糙曲面之间的基准距离非线性减小;增大径向载荷、轴承宽度、润滑油运动黏度,减小转子转速、表面粗糙度,可以有效提高转子与轴承孔之间的径向非接触动刚度;转子的基本额定寿命随着转子转速、径向载荷的变大而缩短;随着转子转速的增加,转子与轴承孔之间的油膜厚度变厚;增加径向载荷或降低转子转速皆将减小转子与轴承孔之间的动摩擦因数;随着偏心率或宽径比的增加,转子的承载量系数都增强。航空发动机转子与轴承孔径向非接触动刚度模型的构建,有益于分析旋转非接触曲面间的真实状态。     

人字齿轮减振修形优化设计

通过理论齿面与修形曲面叠加设计人字齿轮修形齿面,结合TCA、LTCA技术,综合考虑轮齿刚度、轴向窜动及啮合冲击激励,建立人字齿轮啮合型弯-扭-轴-摆10自由度动力学模型。以LTE幅值、轴向力及振动加速度最小为目标,通过优化确定最佳修形齿面。研究表明,轴向窜动与修形可共同改善齿面载荷分布;转速增加啮合冲击激励较刚度激励、轴向窜动激励振动更明显,刚度激励与冲击激励为引起啮合线方向振动的主要原因,而轴向位移激励对啮合线方向振动无影响;轴向位移激励为引起轴向、扭摆方向振动的主要原因;修形可降低啮合冲击、轴向窜动量、轮齿刚度及刚度波动,能有效降低系统振动。     

齿轮动力互研法的振动机理研究

齿轮动力互研法利用齿轮在啮合过程中的齿面动态力来达到研齿的目的。因此，齿面动态力的变化规律是影响研齿精度的重要因素。本文从非线性振动的理论出发，分析了研齿系统的振动机理并对齿面动态力做了定量的分析。     

星型齿轮传动系统定常与奇怪吸引子的共存现象

建立了具有间隙的星型齿轮传动系统的非线性动力学模型，并用数值方法对非线性微分方程组进行了求解。研究了系统中定常吸引子和奇怪吸引子的共存问题。针对两种典型的系统参数，以不同的初疽条件分别得到了共存的周期吸引子和奇怪吸引子、准周期吸引子和奇怪吸引子，分析和比较了各吸引子的动态特性。通过分析各齿轮副的动态啮合力，判别了各齿轮副啮合过程中出现的无冲击状态、单边冲击状态、双边冲击状态。并讨论了各吸引子所对应的星轮载荷分布均匀性。     

非圆齿轮的应用与动力学分析

目的为了验证某自动包装机传动系统的动态特性,结合某自动包装机的特定需求,文中设计一种新型的非圆齿轮系统,并对其进行动力学特性研究。方法首先介绍非圆齿轮的特点,建立非圆齿轮的数学模型,并进行推导和分析,得到其动力学方程;然后利用UG软件建立非圆齿轮的三维模型,运用Adams开展动力学仿真研究,并对比在相同中心距下非圆齿轮和圆形齿轮的动力学特性。结果新设计的这种非圆齿轮比圆形齿轮的啮合力大500 N左右,主动齿轮的加速度是其10倍左右。结论通过对比非圆齿轮和传统齿轮发现,非圆齿轮具有变传动比、传动装置空间布局灵活等优点,由于非圆齿轮无法制成斜齿,故传动性能要略低于圆形齿轮。     

准双曲面齿轮动态啮合性能的有限元分析研究

研究准双曲面齿轮动态啮合有限元分析模型的构建方法,建立了合理的有限元模型。基于接触动力学的基本理论和显式有限元分析方法,对准双曲面齿轮的动态啮合性能进行了研究,得到啮合接触冲击特性、齿面接触区域、齿面接触应力及齿根弯曲应力等在轮齿动态啮合过程中的变化规律。以转速和负载两个典型的工作条件为变量,建立对比分析模型,研究转速和负载对准双曲面齿轮动态啮合性能的影响。转速对准双曲面齿轮动态啮合性能影响显著,而负载对准双面齿轮的动态啮合性能影响则跟转速有关,随着转速的增大,相同的负载变化对动态啮合性能的影响逐渐减弱。     

Aufbau und Validierung eines Prozesskraftmodells für das kontinuierliche Wälzschleifen von Stirnradverzahnungen

Case hardened gears usually are hard finished to improve the load carrying capacity and the noise behavior. Generating gear grinding is one possible process for the hard finishing of gears and has replaced other grinding processes in batch production of small and middle size gears due to the high process efficiency. Despite the wide industrial application of this process only a few scientific analysis exist. The science-based analysis of generating gear grinding needs a high amount of time and effort. One reason are the complex contact conditions between tool and gear flank, which change continuously during the grinding process. This complicates the application of the existing knowledge of other grinding processes on generating gear grinding. The complex contact conditions lead to a high process dynamic which is a challenge for the design of machine tools, the control engineering and the process design. The knowledge of the cutting forces and their time dependent behaviour is necessary to describe and optimize the process dynamic. But the determination of the cutting forces in generating gear grinding process is not facilely possible at this time.     

Failure investigation of a truck diesel engine gear train consisting of crankshaft and camshaft gears

A failure investigation has been conducted on a diesel engine gear train consisting of a drive crankshaft and a driven camshaft gears that were used in a truck. The gears are made from a nitrided 42CrMo steel. Adjacent teeth fracture regions appeared on the gears after a service of 4.2 × 10⁴ km. Fractographic features indicate that multiple origins fatigue fracture was the dominant failure mechanism for the gear teeth. The crankshaft gear fracture first, followed by the camshaft gear. Low hardness in subsurface and core region of the nitrided crankshaft gear makes it difficult for the matrix to support the load by the engaged camshaft gear to lead to initiating the fatigue crack at the root fillet bearing the maximum tensile stress. The crankshaft gear is the component causing trouble for the failed gears train.     

Improved calculation method for load-dependent gear losses

The topic of this study is to investigate the load-dependent losses of practical spur gears, for which the existing calculation method is analyzed in detail and improved.In drive technology, spur gears are frequently used for the transformation of torque and speed. Power transmission always involves power losses. Thereby, particular interest has to be given to the load-dependent gear loss as it often accounts for a large share of the total loss.According to the state of the art, the calculation of load-dependent gear loss is mainly based on (i) gear loss factors derived from simplified load distributions and (ii) a mean coefficient of friction derived from empirical equations based on spur gears without flank modifications. In practice, however, helical gears for improved NVH (Noise-Vibration-Harshness) behavior and flank modifications for uniform contact patterns are used. The modified mesh and contact conditions of modified helical gears affect the load-dependent gear losses significantly. Hence, significant deviations compared to the state of the art can occur.Comprehensive experimental investigations at the FZG efficiency test rig and FZG Bearing power loss test rig have been carried out to investigate the load-dependent gear losses of modified helical gears. The results are used to improve an existing calculation method that distinguishes between geometrical and tribological influence factors. Thereby, the local mesh and contact conditions along the plane of action are considered by the gear loss factor H_VL according to Wimmer, whereas the calculation of the mean coefficient of friction µ_mz has been enhanced by regression analyses. A comparison of the improved calculation method to the state of the art shows improved accuracy for determining the load-dependent gear losses and hence the efficiency of gear boxes.     

重载齿轮弯曲疲劳寿命测试方法研究现状

重载齿轮是大型机械装置(推土机、挖掘机、装甲车等)传动系统的核心部件,它的主要功能是按照规定的转速比传递运动和转矩。随着科学技术的发展和军事装备的更新换代,重载齿轮的研究除了在材料性能、齿形设计、承载能力等方面取得了新成就外,另一个突出的进步就是在齿轮性能测试技术方面获得了很多成果,使得一些过去难以定量研究的问题(如齿轮的疲劳强度、齿轮传动品质等)都有了比较实用的测量手段。而在重载齿轮疲劳性能研究中,相对于接触疲劳产生的齿面点蚀、胶合、磨损等微小破坏而引起齿轮传动效率降低,啮合不到位等现象,弯曲疲劳则会直接导致齿根产生裂纹甚至形成断齿现象,造成重大事故。因此,准确测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命,分析弯曲疲劳性能,进而优化齿轮设计,提升齿轮性能,对监测因弯曲疲劳失效所引起设备故障以及避免服役过程中发生重大事故具有重要意义。重载齿轮弯曲疲劳寿命受多方面因素的影响,其中包括材料性能、加工尺寸、制备工艺以及测试手段等,因此对其弯曲疲劳寿命的定量测试一直是各国研究人员关注的热点话题。关于重载齿轮弯曲疲劳寿命的研究可以归纳为以下三方面:弯曲疲劳原理探究方面已发展到声发射信号检测、光学图像分形理论计算、计算机有限元数学模拟等多方面的实际应用;性能检测实验已有单齿/双齿脉冲加载、动态啮合式加载等多种试验方法;数据处理方面已发展出升降法、成组法、雨流法以及多种S-N曲线拟合的数据处理手段。这些分析方法以及测试手段的应用可以大大节省实验成本、提高分析效率、减少试验误差,进而提高重载齿轮弯曲疲劳寿命检测的准确性。本文从重载齿轮弯曲疲劳寿命的测试原理、试验方法以及测试数据处理三方面出发,根据国内外研究现状,对重载齿轮的弯曲疲劳性能进行机理性与实验性的探究,为测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命提供有效的理论依据、具体的测试方法以及准确的数据处理手段。     

Untersuchungen an Schneckenverzahnungen mit der Finiten Elemente Methode

To date, investigations on worm gears under load were based predominantly on experimental tests on test stands. The complex geometrical meshing relationships up until now did not permit any reliable computer-based simulation of worm gears under load. The Hertzian stress in the tooth contact of a worm gear??relevant for wear and pitting??so far has not been able to be reliably determined, from both an experimental as well as a theoretical perspective. Using an FEM model generator, any worm gear set can be created and calculated. Based on these FEM results, peripheral areas can also be investigated in addition to the tooth contact. FEM can be used to evaluate loads that already result in elastic-plastic deformation of the gearing.