时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响研究

齿面摩擦力对齿面接触应力和接触疲劳寿命有着重要的影响。在对齿面接触疲劳寿命预估时,常忽略齿面摩擦力的影响,不利于齿面接触疲劳寿命的准确预估。为了准确预估齿面接触疲劳寿命,根据18CrNiMo7-6齿轮材料的齿面接触疲劳试验数据,基于三参数威布尔分布和名义应力法对R-S-N曲线进行拟合,在齿面接触应力的计算中引入时变摩擦因数,分析了时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响,并通过齿面接触疲劳试验进行了验证。结果表明,由于时变摩擦因数的影响,采用传统的名义应力法所估计的齿面接触疲劳极限偏大,且随着应力的增大,摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响呈减弱趋势。     

旋转齿轮瞬时接触应力和温度的分析模拟

建立了高速齿轮传动轮齿瞬时接触温度的分析方法和模型;采用赫兹接触理论和有限元接触分析方法分析了标准渐开线齿廓和齿顶修形齿廓的齿面接触压力;研究了啮合过程中轮齿的相对滑动速度和齿面摩擦因数以及摩擦热流密度的计算方法;建立了轮齿本体温度的有限元温度分析模型;计算了轮齿接触面的瞬时温升;分析了标准和齿顶修形渐开线齿轮的轮齿本体温度和瞬时接触温度及相关因素对它们的影响。     

考虑时变摩擦的直齿轮副啮合刚度计算及其影响因素分析

针对直齿轮副啮合过程存在时变摩擦问题,建立直齿轮副啮合模型,推导齿轮副在啮合点处的相对滑动速度、卷吸速度、滑滚比、综合曲率半径及轮齿接触压力,研究单双齿交替啮合过程中单齿承载变化下的齿面摩擦因数变化规律。基于势能法推导计及时变摩擦的直齿轮副啮合刚度解析式,分析无摩擦力、定摩擦力和时变摩擦力作用下直齿轮副啮合刚度的变化规律,进而研究时变摩擦作用下齿轮模数、齿宽、压力角、粗糙度、输入转矩等参数对直齿轮副时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,时变摩擦因数在单双齿交替啮合区发生突变,在节点处趋于0;摩擦力作用下单齿刚度在啮入阶段将增大,啮出阶段将减小;定摩擦力作用使啮合刚度在节点处发生突变;时变摩擦力作用使啮合刚度在单双齿交替啮合处发生突变,在节点处与无摩擦时变化规律一致;齿轮副啮合刚度随模数、齿宽增大而增大,随压力角增大而减小;啮合刚度变化量随齿面粗糙度增大而增大,随输入转矩增大而减小。     

双渐开线齿轮齿面摩擦力对接触应力的影响

建立双渐开线齿轮有限元模型,分析齿面摩擦力对接触应力的影响,并与渐开线齿轮进行对比。结果表明:相同摩擦状态下,双渐开线齿轮与渐开线齿轮的最大等效接触应力的数值差别不大,但接触应力分布不同,渐开线齿轮节点附近接触应力比较高,双渐开线齿轮节点以下靠近齿根处接触应力比较高;齿面摩擦力对接触应力分布的影响不大,但对接触应力数值的影响很大,因此在进行接触应力分析时,必须考虑齿面摩擦力的影响;通过改变齿面间的润滑条件,减小齿面摩擦力,是提高齿轮抗点蚀能力和接触疲劳寿命的有效方法。     

考虑齿间滑动影响的高速列车传动齿轮动态接触特性分析

为研究高速列车传动齿轮在啮合过程中因接触表面各啮合点处滑差不一致对动态接触特性的影响.以CRH3型动车组转向架传动齿轮为研究对象,基于齿轮接触相关理论及轮齿摩擦关系,引入考虑轮齿表面滑差、动力黏度及载荷等因素下的EHL时变摩擦模型,利用ABAQUS/Standard提供的隐式直接积分法对低速重载工况下的传动齿轮进行动态分析.通过对比无摩擦、常摩擦因数及变摩擦下的仿真结果分析齿轮间滑差及摩擦因数大小对齿轮副动态接触特性的影响.结果表明,表面啮合节点摩擦因数不一致对齿轮接触合力、接触斑面积、Mises、接触应力最大值及其分布影响很小;在啮合过程中,考虑滑差影响的齿面摩擦力波动更平缓,均值较常摩擦增加了 40％;摩擦剪应力分布比采用常摩擦得到的结果更贴合实际.而常摩擦因数数值的增加对应力分布影响不大,但会使得接触面应力值相应增加,加剧系统的周期性振动.     

润滑条件对低速重载齿轮胶合损伤影响规律的试验研究

为了研究润滑条件对低速重载齿轮出现胶合损伤的影响规律,采用一对圆环试样滚滑的方式来模拟轮齿的啮合,在MJP-30A滚动磨损试验机上进行了18CrNiMo7-6渗碳钢齿轮材料在不同润滑条件下的胶合试验,分析了摩擦因数的变化规律和试验后试样的表面形貌.结果表明,干摩擦条件下,出现胶合损伤时的接触应力为1927 MPa,出现胶合损伤前,接触界面摩擦因数随接触应力的增加而降低;良好润滑条件下,接触应力达到3047 MPa仍未发生胶合,摩擦因数随接触应力的增加有轻微下降趋势;乏油条件下,摩擦因数随着乏油程度的加剧呈明显上升趋势,仅当摩擦因数几乎增大至干摩擦因数水平时才发生胶合损伤.因此,为避免低速重载齿轮运行过程中发生齿面胶合损伤,应将其润滑状态作为重要监测指标,以避免齿面间发生严重的乏油润滑和干摩擦接触.     

齿轮接触应力和温度场分析

为了得到齿轮啮合过程中轮齿接触面的接触应力分布及温度场分布,建立了啮合齿轮接触应力和温度的分析模型,采用赫兹接触理论对标准渐开线齿轮的接触应力分布进行分析,并通过有限元温度场分析方法对齿轮温度场的分布情况进行了分析;研究了啮合过程中轮齿接触点相对滑动速度、齿面摩擦因数及摩擦热流密度的计算方法,得到了啮合齿轮接触应力分布和温度场分布。     

摩擦对滚-磨工艺齿轮齿根应力的影响

采用有限元法研究了齿面摩擦力对滚．磨工艺制造的、齿根部有沉切的齿轮齿根应力的影响。结果表明：摩擦对滚-磨工艺齿轮齿根应力的影响不容忽视，考虑摩擦时，齿根最大拉、压应力随摩擦因数的增大而增大，其中最大拉应力增加的幅度比最大压应力大，当摩擦因数从0增大到0．2时，齿根最大拉应力增加比率为19．08％，晟大压应力增加比率为3．16％；有沉切时齿面摩擦力对齿根弯曲应力的影响比没沉切时要大。     

渐开线斜齿轮传动摩擦动力学耦合研究

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度以及摩擦力等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学、弹流润滑理论,建立12自由度斜齿轮摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,将动力学求解获得的动态轮齿作用力用于润滑分析中,而润滑分析获得的摩擦因数再次用于动力学分析计算中。通过实例研究了齿面摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系。研究表明:考虑耦合效应后的斜齿轮动态响应与定摩擦因数下的动态响应相比有较大不同,且时变摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应影响尤为显著;动态载荷等对斜齿轮润滑特性影响较大,转速接近共振转速时,动态载荷作用下的油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数分布规律与幅值与稳态载荷相比差异明显。动态载荷对斜齿轮润滑特性以及时变滑动摩擦力对动态响应的影响不可忽略。     

高分子齿轮瞬态接触应力及温度场的分析模拟

采用赫兹接触理论和有限元接触分析相结合的方法,系统地分析了高分子齿轮齿面接触压力,研究了啮合过程中轮齿的齿面摩擦因数以及摩擦热流密度的计算方法;探讨了聚醚醚酮(PEEK)高分子齿轮啮合传动过程中轮齿瞬时接触温度场和应力的分析模拟方法。采用直接耦合法对齿轮进行热-结构分析,得到齿轮啮合时的瞬态温度场与应力,同时对影响结果的初始环境温度进行讨论。结果表明,初始环境温度的升高对啮合时的温度场、应力都有着很大的影响。     

无隔水管泥浆回收钻井系统吸入模块密封胶芯非线性摩擦接触分析

建立无隔水管泥浆回收钻井系统密封胶芯及钻具二维轴对称有限元模型,使用非线性有限元方法计算密封胶芯与钻具间的接触压力大小,验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性。研究摩擦因数变化对接触压力的影响,分析密封胶芯Mises应力峰值和钻具与胶芯间的摩擦力分布规律。结果表明:摩擦因数与胶芯密封面和钻具间的接触压力成非线性关系,胶芯主密封段接触压力随摩擦因数增大而减小,而胶芯锥形密封段和凸鼻形密封段的接触压力随摩擦因数增大而增大;胶芯Mises应力随摩擦因数增大而变大,且胶芯与钻杆接头上端接触时Mises应力峰值最大,容易导致胶芯破坏;胶芯与钻具间的接触面积基本不随摩擦因数变化而变化,摩擦力随摩擦因数的增大近似成线性增加;胶芯与钻杆接头接触时,摩擦力较大且增长显著,说明胶芯与接头接触时更容易发生磨损。     

含摩擦的汇流传动齿轮非线性动力学分析

针对齿轮系统运行过程中具有非线性动力学特性，为研究齿面摩擦因数对系统动力学的影响，建立了一种考虑齿侧间隙，齿面摩擦力和时变啮合刚度等因素的三齿轮扭转振动模型。分析了布局参数对齿面摩擦力和时变啮合刚度的影响，研究了不同摩擦因数对系统动态响应的影响以及有无摩擦因数对系统混沌运动的影响，通过幅频曲线研究了系统的跳跃滞后现象和齿轮碰撞运动并分析了摩擦因数对它们的影响。结果表明，随着摩擦因数的变化，系统表现出同周期运动并存、不同周期并存和混沌等动力学现象，摩擦能导致混沌运动和跳跃现象提前并加大齿轮之间的碰撞运动。该结果可为汇流传动齿轮系统的非线性动态设计提供准确合理的理论参考。     

新型摩擦搅拌焊电机齿轮传动有限元分析

齿轮折断和工作齿面磨损是齿轮的主要失效形式,细致分析动态啮合下齿轮的受力情况,对摩擦搅拌焊在工作过程中提高齿轮的使用寿命及防止轮齿的断裂有重要意义。以摩擦搅拌焊的电动机齿轮副为研究对象,基于有限元接触理论建立齿轮副动态啮合的接触分析模型,分析齿轮连续啮合时的应力分布。仿真结果表明:齿轮副在低速重载下,齿面接触应力远大于齿根弯曲应力;齿轮副在啮合时,齿面接触应力呈现出先增大后减小的变化趋势;齿轮进入下一齿啮合时会产生碰撞冲击,造成接触处较大应力。     

基于ANSYS/LS-DYNA的准双曲面齿轮动力学接触仿真分析

针对准双曲面齿轮疲劳破坏中出现几率最高的齿面接触疲劳强度问题,利用 ANSYS/LS-DYNA对齿轮进行动力学接触仿真分析,计算了齿轮副在啮合过程中齿面接触应力、应变的变化情况及两对轮齿同时接触过程中接触压力的分布情况。     

胶印机滚筒齿轮接触有限元分析

通过Pro／E软件建立对开胶印机橡皮滚筒和压印滚筒齿轮模型,导入到ANSYS中进行分析,得出齿轮啮合存在干涉和应力集中现象,需要对齿轮进行修形。然后又分析了摩擦力对齿轮接触应力的影响,设置10个不同摩擦系数,对同一模型进行齿轮的接触有限元分析,通过分析结果得出摩擦力对齿轮接触的影响,结果表明齿轮的接触应力随着摩擦系数的增大有增大的趋势,当啮合齿轮没有摩擦力时,轮齿的最大接触应力最小。研究结果显示,摩擦对齿轮接触的影响不可忽视。     

齿轮剪切应力分布研究

利用弹性力学理论,分析了齿轮齿面以及齿面下应力分布的特点,并利用克里格插值方法绘制了剪切应力的空间分布图。对比分析了不同摩擦因数条件下齿轮齿面剪切应力的变化规律,结果表明:剪切应力随着摩擦因数的增大而增大。     

基于摩擦影响的渐开线直齿圆柱齿轮温度场分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,利用前期研究所得到的摩擦因数公式及多体动力学软件ADAMS,可以求得主、从动齿轮在不同啮合位置的摩擦热流量。应用ANSYS软件对齿轮进行稳态温度场分析,研究转速对齿轮温度场的影响。结果表明,考虑到齿轮在不同啮合位置的摩擦因数不同,可以更加准确地分析齿轮的本体温度场;齿轮表面温度场的分布主要与传输到齿面的摩擦热流量和齿面散热有关;齿轮转速是影响齿轮本体温度的重要因素,主、从动齿轮的齿面最高温度均随着转速的增加而升高。     

基于某车轴齿轮箱弧齿锥齿轮疲劳寿命技术研究

本文研究了车轴齿轮箱中弧齿锥齿轮的疲劳寿命,在既定的载荷工况下,采用弧齿锥齿轮设计计算方法,通过Masta软件和有限元方法对其轮齿应力进行仿真分析,对弧齿锥齿轮轮齿的齿面和齿根进行优化分析,很大程度上提高了轮齿齿面接触应力,同时,齿轮的弯曲应力下降了大约8%左右。通过对弧齿锥齿轮轮齿的修形,有效降低了齿轮的局部应力大小,均化了齿面应力,提高了齿面承载能力,从而为解决弧齿锥齿轮的寿命问题提供了合理的依据。     

多工况下的直齿轮接触疲劳寿命仿真研究

基于直齿轮静力学分析的应力特征和瞬态动力学的应力时间子步历程,结合弹流润滑理论下的齿面摩擦因数,使用Workbench建立直齿轮接触疲劳寿命模型。通过弹性力学赫兹接触理论对静力学有限元仿真结果进行校核,确定应力历程输入中的放缩系数,估计材料的S-N曲线,并在Palmgren-Miner线性损伤理论框架下,利用nCode计算直齿轮接触疲劳寿命,得到寿命云图和危险节点位置。结果表明：齿轮接触疲劳的危险节点多出现在齿面沿齿宽方向线接触的两端位置,输入转速、负载转矩与接触疲劳寿命呈负相关,摩擦因数与接触疲劳寿命呈正相关,负载转矩对接触疲劳寿命的影响幅度最大。     

汽车变速器表面涂层齿轮疲劳性能试验与接触强度研究

在齿面制备减摩涂层可以有效地改善接触条件,提高齿轮疲劳寿命。文中主要研究减摩涂层对齿轮接触强度的影响规律。首先,在SRV标准试件表面制备涂层,通过摩擦磨损试验获得涂层试件间摩擦因数变化曲线;其次,对无涂层和有涂层的汽车自动变速器齿轮进行疲劳耐久试验,通过测量得到试验后齿轮的表面形貌特征;最后,根据齿轮非线性弹塑性接触理论,建立粗糙表面的齿轮接触强度分析模型,得出减摩涂层在提高齿轮接触疲劳强度中的作用。研究结果表明,磷酸锰转化涂层通过降低齿轮接触应力从而可以提高齿轮的疲劳耐久寿命;齿轮最大接触应力随粗糙度呈现先降低后升高的趋势。为涂层齿轮强度设计提供理论指导。