考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。     

CNC机床运动误差对弧齿锥齿轮齿面接触质量的影响研究

为研究CNC机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮齿面接触分析的影响,以多体系统误差建模理论和齿轮啮合原理为基础,引入机床各轴运动误差到螺旋锥齿轮齿面接触分析中,得到机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮的齿面加工质量影响的定量分析方法。以SGM法加工的弧齿锥齿轮为例,给出ETCA(error tooth contact analysis)的计算过程,对ETCA和齿面接触分析的结果进行了对比分析,从数量上阐述了误差对齿面接触质量的影响。分析结果表明,机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮的齿面接触质量有一定的影响,机床运动轴的运动误差中y轴、x轴的误差对齿面接触质量的影响最大。研究工作为机床各轴运动误差补偿及高精度齿轮制造提供了理论依据。     

弧齿锥齿轮啮合过程动态应力分析

介绍了利用ANSYS对弧齿锥齿轮进行瞬态啮合的前置处理、划分网格、使加约束的方法。基于目前弧齿锥齿轮的应力分析研究现状。对齿面啮合质量进行了齿面接触分析(TCA),并且利用在CAE方面有很强能的ANSYS软件对弧齿锥齿轮进行啮合状态下的动态仿真[5-7],得到较为准确的齿面接触应力和齿根弯曲应力。建立了弧齿锥齿轮三维有限元非线性接触模型,对弧齿锥齿轮在一定的转速和负载转矩下进行了动态啮合仿真,得到了一个啮合周期下的齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化规律。进行了轮齿加载接触分析(LTCA),得到了轮齿啮合传动中的齿面接触应力、弯曲应力变化过程。该方法可以进一步为弧齿锥齿轮强度分析和疲劳寿命计算提供理论依据。     

基于双压力角轻量化设计的弧齿锥齿轮接触应力分析与试验

优化弧齿锥齿轮的结构尺寸能有效减少车桥减速器齿轮、轴承座和箱壳的重量,设计出在工作齿面采用大压力角,在非工作齿面采用标准压力角的双压力角弧齿锥齿轮。推导双压力角弧齿锥齿轮齿廓的球坐标方程,依据SUV后桥主减速器对称弧齿锥齿轮的设计参数,在PRO/E环境下建立双压力角弧齿锥齿轮三维模型,并建立有限元接触模型,对齿面接触应力进行分析。设计用于切削双压力角弧齿锥齿轮主动轮、被动轮的内切刀片与外切刀片,加工出双压力角弧齿锥齿轮主动轮和被动轮。通过机械双环封闭式齿轮寿命试验台进行疲劳寿命试验,结果表明,轻量化25%后的双压力角弧齿锥齿轮的疲劳寿命符合标准要求,并且高于SUV后桥主减速器原对称齿轮寿命,验证了有限元分析结果的正确性,为车辆传动装置轻量化技术提供了可行的方法。     

高速重载燃油泵齿轮副疲劳寿命预测方法研究

本文针对高速重载航空燃油齿轮泵的齿轮疲劳失效问题，开展了齿轮副的疲劳寿命预测研究。首先，采用赫兹接触模型理论和悬臂梁等效模型等解析法和有限元法，分析了齿轮的许用安全系数及啮合接触应力；其次，进行了齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的有限元计算；最后，采用有限元法进行了3种典型工况下的齿轮疲劳寿命预测。研究结果表明，齿轮接触及弯曲强度安全系数和接触应力均满足材料强度要求，齿轮齿面可靠性不低于99.97%，预测疲劳寿命为5027h，达到了该型齿轮泵设计寿命要求。     

航空弧齿锥齿轮低敏感度齿面优化设计

为了降低弧齿锥齿轮的齿面接触印痕关于安装距偏差（又称安装误差）的敏感度，需要开展某航空弧齿锥齿轮的低敏感度齿面优化设计。在轮齿承载接触分析（Loaded tooth contact analysis,LTCA）技术中，引入齿轮副的安装误差，形成了计及安装误差的轮齿接触分析（Error loaded tooth contact analysis,ELTCA）方法，基于ELTCA建立了齿面接触印痕与安装误差间的内在关系；借助接触印痕的量化描述，获得了齿面接触印痕关于安装误差的敏感度矩阵；基于局部综合法建立敏感度关于齿面接触参数的优化设计目标函数，形成弧齿锥齿轮的低敏感度齿面优化设计模型；采用神经网络与遗传算法进行求解，获得了低敏感度齿面的切齿参数；算例结果表明，优化后的齿面接触印痕关于安装误差的敏感度较优化前降低了78.87%。     

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。     

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。     

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。     

基于Workbench差速器齿轮的疲劳分析

使用CATIA软件对差速器齿轮进行实体建模,通过Workbench软件的高效率模型导入功能实现了CATIA和Workbench的联合仿真,对差速器齿轮进行动力学分析以及疲劳分析。基于汽车在行驶过程中差速器的2个典型的工况下,建立齿轮接触有限元模型,分别计算齿轮啮合时的应力大小,以接触应力最大值作为计算差速器齿轮的疲劳分析输入值。结果表明,差速器齿轮的疲劳危险位置产生在齿轮齿面接触区域和齿轮齿根处,并且验证了此结果满足齿轮的寿命设计要求。所利用的Workbench快速获取零部件的相关疲劳寿命的方法,可以有效地降低产品的研发周期与成本,具有一定的工程意义。     

主减速器齿轮早期磨损原因分析与改进

从磨料磨损、黏着磨损、主、被动锥齿轮啮合间隙不统一、主动锥齿轮与主齿轴承座连接结构不合理、主、被动齿轮齿面硬度不均匀、差速器轴承预紧力的影响等方面分析主减速器齿轮早期异常磨损原因,通过加强装配控制、改进结构和工艺等措施,有效延长了主减速器的寿命。     

矿用低速重载双圆弧弧齿锥齿轮仿真分析

双圆弧弧齿锥齿轮是将双圆弧齿形应用在弧齿锥齿轮上的一种技术,齿形特点为齿长和齿高均为凸、凹齿廓相啮合,与普通的弧齿锥齿轮相比,具有承载能力高、使用寿命长的优点.然而由于双圆弧弧齿锥齿轮齿面几何复杂,研究较少,限制了它在我国的使用推广.基于双圆弧弧齿锥齿轮的加工原理建立了其数控加工模型,利用功能强大的前处理软件Hypermesh进行有限元网格划分,再将有限元模型导入到MSC.Marc中对一对给定具体参数的齿轮接触对进行动态啮合的非线性接触分析,仿真得到某啮合时刻的接触区及接触应力.将仿真得到的结果和理论计算结果进行对比,验证了仿真方法的正确性,为双圆弧弧齿锥齿轮疲劳寿命分析和推广应用提供了依据.     

弧齿锥齿轮不同载荷有限元多齿接触研究

根据弧齿锥齿轮铣齿加工的数学模型,求得弧齿锥齿轮的齿面参数,建立精确的三维模型。应用ANSYS Workbench软件分析弧齿锥齿轮多齿啮合状态下不同载荷时的接触应力变化规律,得到了较为准确的弧齿锥齿轮接触应力,为该齿轮的疲劳寿命计算提供了理论依据。     

基于载荷谱的三峡升船机齿条疲劳寿命评估

针对三峡升船机齿轮齿条在全寿命周期内可能面临疲劳失效的问题，基于驱动电动机以及同步轴转矩计算出的齿轮齿条载荷，构建了包含受力齿面、载荷循环次数的齿条载荷谱；结合齿条的S-N曲线、Miner线性累积损伤准则，计算了齿条在设计寿命35年内的损伤度及剩余疲劳寿命。此外，采用累积迭代法计算了齿条的接触、弯曲安全系数，实现了齿条实际载荷与设计载荷下安全系数的相互对比与运行安全性能验证。研究表明，齿条上齿面的啮合次数较多，其概率为73.03%；在设计寿命内，齿条上齿面的接触疲劳总损伤度为1.65×10^-12，按载荷谱的总循环次数为1.87×10¹⁷；齿条上齿面的弯曲疲劳总损伤度为8.15×10^-14，按载荷谱的总循环次数为3.78×10¹⁸，齿条在设计寿命35年后具有很长的剩余疲劳寿命；齿条的接触安全系数SH=2.958，弯曲安全系数SF=8.106，均大于所选取的较高可靠度下的最小安全系数与设计载荷下的计算安全系数，升船机齿条的安全裕量充足。研究丰富了超大模数齿轮齿条疲劳寿命领域的相关研究，为三峡升船机的运行...     

螺旋锥齿轮齿面粗糙度对其乏油润滑寿命的影响

为揭示螺旋锥齿轮真实齿面粗糙度与失油啮合条件下乏油寿命间的关系,根据微分几何与啮合原理,计算啮合点的弹流润滑参数;建立考虑齿面粗糙度影响的弹流膜厚方程,借助有限元方法求解Reynolds方程得到啮合过程中各啮合点的法向正压力和弹流润滑中心油膜厚度;通过修正螺旋锥齿轮光滑齿面的乏油寿命预测公式,计算不同粗糙度表面参数下的螺旋锥齿轮乏油寿命,分析粗糙度表面参数对其寿命的影响规律。结果表明,结果表明,失油条件下齿面啮合乏油润滑寿命较短,在合适的范围内,增大齿面粗糙度能提高乏油寿命,且相对光滑齿面,粗糙接触齿面油膜分布较均匀。     

高齿弧齿锥齿轮的承载啮合仿真和动态性能试验

研究了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的加载接触过程，对比了二者在载荷作用下的齿面载荷分布、齿面加载接触印痕和承载传动误差，计算了齿根弯曲应力。在台架试验台上测定了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的噪声和振动量，实验证明高齿弧齿锥齿轮齿面载荷分布合理，弯曲应力较小，具有较低的噪声和较好的动态特性。     

安装误差对双圆弧弧齿锥齿轮章动传动齿面接触特性的影响

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的齿面接触特性对安装误差极为敏感.为揭示安装误差对齿面接触特性的影响规律,开展了含安装误差的双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析.推导出章动式双圆弧孤齿锥齿轮齿面方程;借助齿面接触分析(TCA)获得齿轮副的齿面接触迹线和几何传动误差;通过算例分析了内、外锥齿轮锥点误差及齿轮副轴线交角误差对双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性的影响规律.研究表明,随着各项安装误差的增大,齿轮副接触迹线沿齿高方向的偏移量增大;凸、凹齿面接触迹线沿齿高方向的偏移量对安装误差变化的敏感程度不同;正的安装误差比负的安装误差对齿轮副传动误差影响更大.为获得理想的啮合性能,应合理控制章动式双圆弧弧齿锥齿轮副的安装误差.     

渐开线直齿轮弹流润滑下的接触疲劳寿命分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,建立了等温润滑条件下考虑冲击载荷、供油条件因素的渐开线直齿轮接触疲劳寿命模型,模型由润滑接触分析数学模型和有限元显式分析模型组成。润滑模型利用多重网格法以及多重网格积分法分别对油膜压力及油膜厚度进行求解后利用数值求解结果进行显式分析。利用显式分析得到von Mises等效应力分布,根据Smith-Watson-Topper接触疲劳计算模型,对轮齿的接触疲劳寿命进行模拟预测。结果表明,随着重合度的增加,沿齿廓的因冲击导致的疲劳危险区有向节圆对应节点处靠近的趋势,同时疲劳寿命也逐渐增大,说明重合度的增大可以有效控制齿面冲击进而提升轮齿的接触疲劳寿命。相比充分供油状态,乏油状态下的齿面摩擦使齿面接触疲劳寿命降低,同时疲劳危险区明显由次表面向表面靠近,增加了接触疲劳失效的可能性,说明弹流润滑对防止接触疲劳发生的重要性,同时也为更加合理地进行齿面处理提供了理论依据。     

弹性支承条件下中央弧齿锥齿轮传动的接触稳定性研究

为了提高弹性支承条件下中央弧齿锥齿轮的工作可靠性，首先应保证其接触的稳定性。本文针对某航空发动机转子，计算了在转子不平衡量和齿轮啮合力同时作用下，弧齿锥齿轮支承处的变形大小；依据支承变形对齿轮接触特性的影响机理，将变形转化为齿轮安装调整值ΔＨ、ΔＪ和ΔＶ；利用空间啮合理论，建立了弧齿锥齿轮传动的接触稳定性条件以及接触特性分析方法。分析计算了不同转速和不同功率下弧齿锥齿轮的齿面接触印痕和传动曲线，研究了转子共振时齿轮接触的失稳现象，获得了提高弹性支承条件下中央弧齿锥齿轧传动的接触稳定性的措施。     

具有最佳加载接触性能的弧齿锥齿轮主动设计研究

基于局部综合理论的弧齿锥齿轮齿面接触分析(TCA )和接触性能预控技术可保证弧齿锥齿轮在无载时具有较理想的接触区域和传动误差 ,但无法保证其加载接触性能。本文在柔性多体运动学基础上 ,建立了两弹性共轭齿面运动基本方程。将啮合点弹性变形分解为支承变形、轮体变形和接触变形 ,获得了变形前后齿面几何量的变化规律以及两弹性点共轭齿面间的接触条件。提出了一种在初始设计阶段就可保证弧齿锥齿轮具有预期加载接触性能的主动设计方法 ,并将其用于某航空发动机中央传动弧齿锥齿轮的齿面综合