渐开线直齿圆柱齿轮磨损的数值计算与分析

以标准渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,以Archard磨损计算模型为载体,将齿轮啮合区域的齿廓进行离散化处理,建立齿轮齿廓磨损计算模型。运用数值计算方法模拟齿廓各点的磨损情况,编写相关的计算程序,分析齿廓各啮合点处压力角与滑动系数、磨损率、摩擦距离、磨损量之间的关系,并进行曲线拟合。结果表明:在啮合区域内,齿廓的相对滑动系数、摩擦距离、磨损率、磨损量从齿根到齿顶的变化规律都是先减小后增大,在节点处理论值为0。提出的数值计算方法可实现对不同尺寸、不同材料、不同工况条件下的齿轮副的磨损量的定量计算,从而实现对齿轮使用寿命的预测。     

齿面磨损故障对服役过程中螺旋锥齿轮传动误差的影响研究

针对螺旋锥齿轮服役过程中因齿面磨损导致的动态传动误差变化,考虑齿面磨损程度与载荷,基于有限元方法,研究单齿及全齿磨损故障下,载荷及磨损量对传动误差动态响应的影响规律。分析可知,齿面磨损将引起齿轮系统动态传动误差增大,在单齿磨损故障下磨损量与动态传动误差之间近似成正弦函数关系,载荷一定时,当磨损量足够大导致故障齿不参与啮合时,磨损量达到极值而不再增长;磨损量一定时,动态传动误差幅值的极值与载荷成指数函数关系。全齿磨损故障下,故障齿始终参与承载,磨损量与动态传动误差之间近似成线性函数关系。     

考虑齿轮磨损的行星减速器传动精度时变可靠性分析及优化设计

针对行星减速器工作过程中存在齿轮动态磨损因素导致传动精度可靠度下降的问题,建立了考虑齿轮磨损的行星减速器传动精度时变可靠性模型,并进行了传动精度可靠性分析与公差优化设计.基于啮合线分析方法建立了行星减速器传动误差模型,对齿轮磨损这一随机过程进行了数值仿真,并利用高斯过程预测了齿轮磨损量;以某二级2K-H型行星减速器为例...     

齿轨铁路变安装距齿轮齿条副齿面磨损分析

齿轮齿条副是齿轨铁路的关键驱动部件,掌握齿轨车辆运行过程中齿轮齿条副齿面的磨损状况和规律,有利于保证齿轨车辆的平稳安全运行。为此,分析了Strub齿轨形式的齿轮齿条副变安装距传动过程,并对变安装距传动关键参数进行了计算;引入安装距步长和滑移距离步长,将变安装距齿轮齿条副连续传动过程离散化处理,构建了变安装距齿轮齿条副齿面磨损体积和磨损深度数学模型;为了验证数学模型的准确性,进行了齿条磨损试验验证;结合具体实例,分析了不同参数对齿面磨损的影响,得到了影响齿面磨损量的关键因子及其影响规律。结果表明,齿面磨损深度实测值与所建模型理论值变化规律一致,验证了磨损数学模型的准确性。研究发现,齿条齿顶处磨损最为严重,选用变位系数较大的齿轮有利于减小齿条齿面磨损量。     

直齿轮齿面非均匀磨损对模态特性的影响

研究准静态工况下齿面非均匀磨损对齿轮模态特性的影响。根据Hertz接触理论和Archard公式建立准静态磨损模型,对齿轮齿面磨损情况进行数值仿真。计算结果表明,主、从动轮的齿顶处和齿根处磨损较大,其中,齿顶处磨损量小于齿根处,主动轮的齿根位置磨损量最大,节点处齿轮做纯滚动,不产生磨损,在单齿、双齿啮合区交替处磨损量有突变。在此基础上,按数值分析结果施加齿面磨损故障,导入到Abaqus中进行仿真,进一步分析了磨损前后齿轮的模态特性。仿真结果表明,齿轮具有丰富的振动形态,磨损对振型影响不明显,但固有频率出现明显升高,其中,7～10阶的高阶固有频率增大幅度要高于低阶固有频率增大的幅度。     

准静态工况下渐开线直齿轮齿面磨损建模与分析

根据Hertz理论和Archard磨损公式,建立面向真实工况的直齿圆柱齿轮准静态磨损模型,并对其齿面磨损特性进行了数值仿真。计算表明,理想工况下直齿轮副齿面沿齿宽方向均匀磨损,其在节圆附近的磨损量最小,而在小齿轮靠近齿根部位的磨损量最大;当存在啮合偏差时,齿面磨损深度沿齿向不再均布。在此基础上,进一步分析了负载工况和磨损循环次数对齿面磨损量的影响。分析表明,负载转矩和循环次数对齿面磨损量影响显著,近似呈指数映射关系。当以减磨延寿为齿轮设计目标时,必须计入负载工况和齿轮役期的影响。最后,分析了齿轮啮合偏差和微观修形对齿面磨损量的影响。研究表明,从改善齿面载荷分布和减缓齿面磨损角度考量,应严控齿轮啮合偏差量,并可通过制定合适的齿面修形策略来减缓齿面磨损失效。     

准静态与动态载荷下斜齿轮齿面粘着磨损计算

基于反向圆锥滚子等效接触模型和Archard磨损计算通式,提出了一种适用于标准斜齿轮齿面粘着磨损的计算方法。由时变接触线长百分比和弯-扭-轴耦合动力学模型确定齿面载荷,根据等效接触模型和Hertz接触理论计算齿面压力和滑移距离,求出准静态与动态载荷下的齿面磨损量。通过将主动轮磨损曲线与相关文献结果比较,验证了上述方法的正确性。几何与工作参数对磨损量的影响分析显示,齿根与齿顶处的磨损量较大,且齿根的磨损量大于齿顶,节圆处的磨损量趋近于零;齿轮前端面至后端面,主动轮磨损量逐渐减小而从动轮磨损量逐渐增大;宽齿轮的磨损量沿齿宽渐趋均布。参数分析表明：增大模数、传动比、齿宽或减小扭矩均可降低磨损量,增大螺旋角或改变转速对减小齿面磨损的作用不明显。上述研究对于提高齿轮表面质量与传动性能,对于减磨设计具有一定的参考价值。     

复合修形设计对传动齿轮齿面磨损的影响研究

为减小齿面磨损量、改善其传动性能，提出了一种基于Sine-SSA-BP模型的复合修形设计方法，以探明修形设计对齿面磨损的影响。依据Archard磨损模型求解出齿面磨损量，以磨损阈值和许用磨损量为判据进行齿面重构和修形设计，并分别推导了新齿面坐标方程；同时，利用Sine混沌映射改进的麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm,SSA）优化反向传播（Back Propagation,BP）神经网络，与传统BP模型进行对比，验证Sine-SSA-BP模型的精度，以此表征修形参数与磨损量之间的隐式关系，并进一步探究修形参数影响下齿面磨损量的分布规律；最后，迭代求解得出最佳修形参数值并进行齿轮修形设计，对比分析修形设计对齿面磨损量的影响。结果表明，复合修形设计后的齿面接触状态得到显著改善，磨损量明显下降。本文方法有利于减小齿轮早期磨损失效概率，可为齿轮抗磨设计和参数优化提供理论参考。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面磨损特性分析

磨损是齿轮的主要失效形式之一,研究其磨损特性对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的主动设计有指导意义.基于Hertz接触理论和Archard磨损计算通式,建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的磨损模型,计算了齿面各点磨损量随工况参数和设计参数的变化规律.分析表明,变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副齿面磨损沿齿廓方向从齿根到齿顶先减小后增大,且齿根区域的磨损量大于齿顶区域的磨损量,节圆附近磨损量最小;沿齿宽方向呈对称分布,中截面磨损量最大,从中截面到两端面磨损量依次减小.研究可为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的失效研究和寿命预测提供理论基础.     

齿面磨损对齿轮系统动态特性的影响

为研究齿面磨损对齿轮系统动态特性的影响,综合考虑齿轮齿侧间隙、传输误差、齿面磨损,采用集中参数法建立齿轮平移-扭转非线性动力学模型,分析齿轮的转速、运行次数对含有齿面磨损的齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:在啮合区域内,齿根处的齿面磨损量呈减小趋势,在节点处理论磨损量为零,齿顶处的齿面磨损呈增加趋势,齿面磨损量减小趋势大于增加趋势,整个过程中齿面磨损会造成啮合刚度的减小;存在齿面磨损时,过大或过小的转速都会使齿轮系统的振幅波动变大,幅值减小;当转速一定时,含有齿面磨损的系统随着运行次数的增加,振幅幅值会逐渐减小,传动的波动会加剧。     

润滑和载荷状态对聚甲醛齿轮服役性能的影响

基于齿轮耐久性能试验台开展了一系列干接触/油润滑下POM(聚甲醛)-POM齿轮副承载能力试验,并测量了服役过程中的轮齿温度、磨损量、齿廓精度和齿面形貌。试验发现,POM齿轮失效形式与载荷和润滑方式有关。通过对齿面微观形貌和磨屑表征,确认干接触下POM齿轮主要磨损模式为黏着磨损与磨粒磨损,而油润滑下POM齿轮失效形式为接触疲劳失效。由于润滑油减少了齿面摩擦,降低了运行温度,延缓了齿面劣化程度,因此POM齿轮在油润滑下的承载能力明显提高。     

复杂齿轮传动过程多性态建模及齿面摩擦因数反求研究

基于齿轮传动动测试验,引入有限单元法多场耦合分析和反求技术,提出了面向工程的复杂齿轮传动摩擦多性态概念,建立了复杂齿轮传动的"计算-试验综合模型".在典型传动工况下,通过试验提取轮齿敏感区域的特征参数(齿根应变),并以此作为齿面摩擦因数反求的输入;借助有限单元法多场耦合分析技术真实模拟相应传动工况下的齿轮传动过程,并提取对应位置的齿根应变;由此建立以摩擦因数为自变量的目标函数,利用隔代映射遗传算法(International projection Genentic Algorithm,IP-GA)的全局快速的搜索能力进行优化,输出在此传动工况下的齿面摩擦因数.相对于传统求解方法而言,该方法将系统建模、理论研究、数值模拟与试验测试相结合,实现了复杂齿轮传动系统齿面摩擦因数的量化计算,求解更趋合理.齿面摩擦的深入研究,对完整构建齿面摩擦特性参数的计算理论体系、探索齿轮摩擦机理、促进减振降噪技术的开发均具有重要的意义.     

变位系数对直齿轮弹流润滑的影响

运用齿轮弹流润滑稳态等温线接触数学模型,对渐开线变位直齿轮进行弹流润滑数值分析;计算并分析正传动和负传动2种工况下变位齿轮的弹流润滑状态,并与标准齿轮传动计算结果进行比较;讨论正传动工况下,变位系数对齿轮弹流润滑的影响。结果表明,稳态等温条件下,齿轮的变位对油膜压力影响不大,而正传动工况下,随变位系数的增大膜厚增大,在负传动工况下,随变位系数的增大膜厚变薄。     

硬质合金激光加热辅助切削刀具磨损预测

为了准确判断和预测硬质合金激光加热辅助切削过程中刀具的磨损状态,通过常规切削及激光加热辅助切削条件下的刀具后刀面磨损对比试验,研究了刀具的磨损形态及磨损规律。根据试验得到的刀具后刀面磨损量,基于灰色-马尔可夫理论建立了硬质合金激光加热辅助切削刀具磨损量灰色预测模型及灰色-马尔可夫预测模型,并对特定切削条件下的刀具磨损量进行了预测。结果表明,两种模型预测值与实测值误差较小,特别是灰色-马尔可夫模型拟合精度更高,结果更可靠,能更好地满足工程需要。     

计入轴线偏差的斜齿轮副齿面磨损分析

针对齿轮轴线偏差会加剧齿面磨损的问题,提出了一种综合了数值仿真和有限元的方法,对齿面磨损进行了仿真分析。以单对斜齿轮副为研究对象,基于Archard磨损公式,建立了计入轴线偏差的齿面磨损深度解析模型;在此基础上,分析了轮齿螺旋角修形、渐开线鼓形修形对齿面最大磨损深度的影响,并据此制定了减缓齿面磨损的轮齿综合修形策略。研究结果表明:同一工况下,斜齿轮垂直平面轴线偏差比水平轴线偏差对齿面磨损的影响更为显著;采用渐开线鼓形修形与螺旋角修形的综合修形方式可降低齿轮轴线偏差对齿面磨损的影响;该研究结果可为减缓齿面磨损过程制定出合适的修形策略。     

基于时变啮合力的非圆齿轮传动动态磨损研究

由非圆齿轮变速比传动特性引起的时变啮合力对轮齿传动磨损具有重要影响,以精梳机中关键核心部件的椭圆齿轮副为研究对象,应用Hertz基础理论和Archard磨损公式,建立了基于时变啮合力的齿轮磨损计算模型,采用当量齿数法对非圆齿轮的啮合刚度进行求解,分析了单个齿廓的时变啮合力和磨损量的变化规律;在此基础上,研究了阶数和偏心率对椭圆齿轮时变啮合力及磨损量的影响。结果表明,齿轮时变啮合力和齿面磨损量随着偏心率和椭圆齿轮阶数的增加呈现不同程度的增加;时变啮合力在单双齿啮合区交界处发生突变;齿廓磨损量在节圆附近接近零,在齿根和齿顶处的磨损量较大。在对非圆齿轮不同节曲线向径处的磨损量进行研究时发现,在最小节曲线向径处的齿根磨损量显著大于最大节曲线向径处。该研究结果为使用修形方法降低时变啮合力与磨损量,从而延长齿轮寿命提供了一定的理论依据。     

NGW型行星传动装置齿轮耐磨持久性计算

本文首先介绍了作者推导的中心轮与行星轮,行星轮与内齿轮滑动系数及其最大值的计算公式.并根据齿轮传动磨损计算的原理,分析了中心轮、行星轮和内齿轮的磨损情况,给出了齿厚磨损量不超过许用值的正常工作时间计算方法。许多 NGW 型行星传动装置在低速重载下齿轮磨损严重,导致附加动载荷增加,振动和噪音增大从而加速了机件损坏。由于机架结构复杂,一般齿宽又较小,齿宽方向的偏载情况与齿轮的布置和轴及机架的刚性有关(参阅[6]表1—6),与齿宽系数有关.由于篇幅所限,本文只讨论齿廓厚度磨损计算,为此先研究滑动系数计算.     

低速重载齿轮齿条传动机构混合弹流润滑分析

低速重载齿轮齿条传动机构广泛应用于矿山、水利等升降系统中,但由于其工况恶劣,极易发生磨损、胶合。以三峡升船机的大模数齿轮齿条传动机构为研究对象,建立瞬态混合弹流润滑模型,分析了其啮合过程中的润滑状态,并研究转速、齿面线接触载荷以及齿面粗糙度对润滑状态的影响。结果表明:在一个啮合周期中,啮入点是低速重载齿轮齿条在啮合过程中的危险点;在低速、重载工况下,齿面线接触载荷对啮入点润滑状态几乎不产生影响,而齿轮转速与齿面粗糙度对啮入点膜厚比的影响显著;另外,粗糙度纹理方向也会影响齿面润滑状态,其中横向粗糙度纹理能够使齿面具备较大的膜厚比,改善其润滑状态。     

考虑磨损的直齿轮啮合刚度计算与分析

基于能量法和Archard磨损模型,提出了一种考虑磨损的齿轮啮合刚度数值计算方法.根据展成法原理,建立了精确的齿廓曲线方程.利用能量法计算齿轮单齿啮合刚度,并通过分段1阶傅里叶级数拟合获得齿轮总啮合刚度.以Archard磨损模型为基础,计算得到齿面法向磨损量与啮合点处压力角的关系.计算分析了不同磨损量对齿轮啮合刚度的影...     

花键副微动磨损分析及参数优化

为探究渐开线花键副在微动工况下的磨损行为,对花键副材料20CrMoH进行磨损实验,得到不同工况下花键副材料20CrMoH的磨损系数.实验结果表明:在同一振动频率下,材料微动磨损系数随着法向正压力的增大而增大;在同一法向正压力下,材料的微动磨损系数随着振动频率的增大而增大.采用有限元与Archard理论相结合的方式对花键副材料磨损量进行预测,并与磨损实验结果进行对比,验证了该预测方法的可行性.为寻找改善花键副齿面磨损的方法与思路,进行花键副参数优化,以花键副齿面磨损量最小为目标寻求侧隙、修形量、夹角这3个参数的最佳组合,得到该花键副采用侧隙为0.09 mm、鼓形修形量22.66 μm、夹角为0.04.进行加工设计安装时磨损量最小.