铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响的试验研究

当前，表面硬化齿轮存在多种铸锭工艺状态，开展铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响研究，对齿轮抗疲劳精益设计和成本控制有十分重要的意义。对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6渗碳齿轮开展了表面完整性表征测试，研究了不同铸锭状态齿轮的齿根残余应力、表面粗糙度和硬度差异；基于国家标准GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》，设计了齿轮弯曲疲劳试验方案，对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6齿轮开展了升降法齿轮弯曲疲劳试验，获取了不同可靠度下的弯曲疲劳极限，探究了铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳极限的影响；对3种工艺状态齿轮开展了Locati快速测定法的齿轮弯曲疲劳极限测试，研究了两种试验方法的弯曲疲劳极限结果差异，为我国齿轮疲劳基础数据建设与抗疲劳主动设计提供参考。     

自动变速器行星齿轮机构的优化设计

根据自动变速器行星齿轮机构的特点和要求,在保证传动比合理和体积减小等40个约束条件下,以行星齿轮机构中各齿轮强度均等或接近于优化目标,建立齿轮齿面接触疲劳应力差值最小和齿根弯曲疲劳应力差值最小的优化模型,并用MATLAB进行优化计算。与原设计比较,优化设计的行星齿轮机构的齿面接触疲劳应力和齿根弯曲疲劳应力的最大值、应力差值以及整体应力都下降,特别是齿根弯曲疲劳应力最大值减小了12.24%,而且所有齿轮的齿根弯曲疲劳应力几乎相等,优化效果明显。优化设计的行星齿轮机构体积比原设计小3.54%,而且在传动比、尺寸参数和工艺参数方面,优化设计也都有优势。     

差速器行星齿轮弯曲强度有限元分析

以某型400CC全地形车差速器为例,对差速器行星齿轮的三维实体建模方法以及单齿最高啮合点的确定过程进行了阐述,探讨了利用Pro/ENGINEER对差速器行星齿轮三维造型的方法并进行了实体建模,分析了确定单齿最高啮合点的方法,通过非线性有限元软件ABAQUS对行星齿轮单齿的力学性能进行了计算分析,最后与齿轮弯曲强度传统计算方法进行了比较。并能够为齿轮的轻量化设计及疲劳寿命分析提供理论依据。结果表明:行星齿轮弯曲强度满足强度要求,传统计算方法计算结果相对保守。     

基于蒙特卡罗法的行星齿轮机构稳健性分析

以行星齿轮机构体积最小为优化目标,以太阳轮齿数、齿宽、模数、行星齿轮个数为设计变量,以齿轮轮齿接触强度、齿轮轮齿弯曲强度、相邻条件等为约束条件,建立了某行星齿轮机构数学模型,并应用遗传算法求解了优化结果.将设计变量考虑为具有正态分布特征的随机变量,应用蒙特卡罗方法对行星齿轮机构进行稳健性分析,包括随机变量影响下的目标函数、约束条件的概率分布.分析表明,设计变量存在微小变化时,行星齿轮机构稳健性差.重新设定精度后,行星齿轮机构稳健性得到提高,满足了设计要求.     

基于疲劳失效的行星齿轮减速器时变可靠性分析

随着科技革新与社会发展,对行星齿轮减速器的可靠性要求越来越高。行星齿轮减速器运行过程中存在疲劳因素,会导致可靠度发生变化。针对这一问题,首先,根据应力-强度干涉理论,构建行星齿轮减速器在疲劳失效（主要是齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效）下的时变可靠性模型;其次,结合单调性定理,将时变可靠性模型简化,利用Matlab编程,求解了行星齿轮减速器的可靠度;对时变可靠性模型的各变量进行了灵敏度分析;最后,以PM90精密行星齿轮减速器为例,分别得到基于疲劳失效下的可靠度和各变量的灵敏度,阐述了在接触疲劳失效和弯曲疲劳失效下的可靠性时变规律,为行星齿轮减速器的时变可靠性分析奠定了基础。     

基于ANSYS Workbench的齿轮弯曲疲劳寿命分析

在直齿圆柱齿轮高频试验机上对材料牌号为18CrNiMo7-6的直齿圆柱齿轮进行弯曲疲劳试验,获取了该齿轮相关疲劳寿命数据。综合运用SolidWorks与ANSYS Workbench Fatigue Tool对该合金钢齿轮进行疲劳寿命仿真,获取了相关疲劳仿真结果。仿真结果与疲劳寿命对比分析表明,在满足一定的工程精度的情况下,可采用ANSYS Workbench Fatigue Tool快速获零部件的相关疲劳寿命结果,降低产品研发周期与研发成本,具有一定工程参考意义。     

基于层次分析法的行星齿轮传动多目标优化设计

传统的行星齿轮优化一般仅从最小体积出发,其最优解并未考虑对机构其他参数的影响.通过分析行星齿轮机构的多种性能指标,包括外形尺寸、体积、齿面接触强度和齿根弯曲强度,从机构总体最优出发建立模型,采用层次分析法进行多目标优化.结果表明该模型能有效的满足设计要求.     

基于42CrMo齿轮的弯曲疲劳试验研究

42CrMo属于超高强度钢,其具备较高的强度,材料淬透性能好,淬火后的变形量小,大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料,弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先,通过齿轮弯曲疲劳试验,获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据,得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式,以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后,采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟,得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比,分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致,可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后,通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比,结果表明,疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致,验证了数值模拟的准确性,因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。     

圆弧齿轮单齿弯曲疲劳试验

本文设计了圆弧齿轮单齿弯曲疲劳试验夹具,成功地在高频疲劳试验机上进行了圆弧齿轮弯曲疲劳强度试验,为提高圆弧齿轮弯曲强度开劈了新的试验研究途径。     

基于动力学的兆瓦级风电齿轮增速箱可靠性灵敏度分析

通过失效模式及影响分析确定了风力发电机齿轮传动系统的主要失效零件,建立了基于动力学的齿轮和滚动轴承可靠性评估模型,同时给出了风力发电机齿轮传动系统可靠性评估模型。采用四阶矩法对行星齿轮接触和弯曲疲劳可靠性灵敏度进行了分析,得到齿轮接触疲劳可靠性灵敏度和弯曲疲劳可靠性灵敏度,结合实例进行了计算,分析了行星齿轮参数对可靠性的影响。     

基于虚拟样机技术的行星齿轮传动系统分析

利用实体建模软件UG建立了减速器行星齿轮传动系统的虚拟样机,并利用UG与动力学仿真分析软件ADAMS,将虚拟样机导入到ADAMS中建立仿真模型。齿轮啮合中轮齿间除了滚动接触外还存在相应的滑动接触,使轮齿间具有较大的摩擦了,针对传统赫兹理论形成的齿面接触力计算没有考虑齿间摩擦,将摩擦系数引入计算,得到了齿轮之间的接触力曲线变化。应用UG NX的"高级仿真"模块,建立行星轮有限元模型,通过解算器NX NASTRAN对有限元模型进行分析求解,得到行星轮在接触力作用下应变和应力分布情况,再根据设计要求对零件参数进行优化,使行星轮的结构既满足设计要求,又达到体积小和成本低。     

Life Distribution Transformation Model of Planetary Gear System

Planetary gear systems have been widely used in transportation, construction, metallurgy, petroleum, aviation and other industrial fields. Under the same condition of power transmission, they have a more compact structure than ordinary gear train. However, some critical parts, such as sun gear, planet gear and ring gear often suffer from fatigue and wear under the conditions of high speed and heavy load. For reliability research, in order to predict the fatigue probability life of planetary gear system, detailed kinematic and mechanical analysis for a planetary gear system is firstly completed. Meanwhile, a gear bending fatigue test is carried out at a stress level to obtain the strength information of specific gears. Then, a life distribution transformation model is established according to the order statistics theory. Transformation process is that, the life distribution of test gear is transformed to that of single tooth, and then the life distribution of single tooth can be effectively transformed to that of the planetary gear system. In addition, the effectiveness of the transformation model is finally verified by a processing method with random censoring data.     

ZL50装载机螺旋锥齿轮断齿原因分析及优化

20CrMnTi合金渗碳钢作为ZL50装载机驱动桥螺旋锥齿轮的主要材料,通过考察螺旋锥齿轮的设计参数、产品技术要求、热处理工艺以及1000 h的满负荷试验,分析螺旋锥齿轮断齿原因和明确了齿轮断齿因素。结果表明:齿轮氧含量超标、心部硬度和有效硬化层深度偏低是螺旋锥齿轮断齿的主要因素;增大齿轮齿根圆角半径和轮齿压力角,可提高齿轮齿根弯曲强度;齿轮表面采用强力喷丸处理可增加齿轮表面的接触应力,从而进一步提高齿轮的使用寿命。     

A study on the bending stress of the hollow sun gear in a planetary gear train

Generally, planetary gear type traveling reduction gear is composed of multiple planetary gear stages and has a hollow sun gear in the last stage planetary gear. In designing reduction gear, it is important to evaluate accurately the bending stress at the tooth root of the sun gear as the sun gear is the weakest component in the reduction gear system. Although bending stress can be calculated easily using gear standard codes such as the American Gear Manufacturers Association (AGMA) and International Organization for Standardization (ISO) 6336 for almost all gears, meticulous calculation is needed for the hollow sun gear because of its low backup ratio (rim thickness divided by tooth height) and comparatively large root fillet radius. In this study, a finite element analysis (FEA) is carried out to investigate the effect of rim thickness and root fillet radius on bending stress at the tooth root of the hollow sun gear. In standard codes, bending stress at the tooth root is calculated linearly with a constant slope for the backup ratio below 1.2. However, the effect of the rim thickness on bending stress is more complex in the planetary gear system. Bending stresses calculated by FEA with various backup ratios and root filler radii are compared with the bending stresses calculated by the standard codes.     

基于多目标遗传算法的弧齿锥齿轮多学科优化设计

针对常规设计中弧齿锥齿轮存在的问题,将多学科优化设计引入到弧齿锥齿轮设计中,改善其不足。以大小弧齿锥齿轮体积之和最小、弧齿锥齿轮齿根弯曲应力最小以及工作噪音最小三个方面为目标函数,以齿数、齿宽中点螺旋角、齿宽和大端模数为设计变量,考虑齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、环境保护等8个方面约束,建立弧齿锥齿轮的多学科优化设计数学模型。根据该数学模型,运用多目标遗传算法对文中的实例优化求解,计算结果表明该设计方法是合理的,行之有效的。     

减速齿轮传动中主动轮齿根弯曲疲劳的计算

传动齿轮强度理论认为,齿间滑动摩擦对齿轮齿根弯曲疲劳的影响可忽略不计。针对此说法,本文作者对带惰轮的起重减速齿轮传动中主动轮受国情况展开全面的分析研究,推导出包括齿间滑动摩擦力在内的,实际外载荷作用下的主动轮齿根弯曲疲劳应力计算公式。结果表明,齿间摩擦力对含惰轮的减速齿轮传动中主动轮齿根弯曲疲劳强度的影响不可忽视。     

基于ANSYS的NWG型直齿行星轮系参数化建模

行星轮系的结构相对比较复杂,采用ANSYS系统中的APDL语言建立参数化模型,大大提高了工作效率,也为后续的瞬态动力学分析和接触分析提供了很大的方便.特别是对齿根过渡曲线的精确建模,保证了对齿根弯曲疲劳强度进行有限元分析的准确性.并且通过UIDL语言建立行星轮系模块的图形界面,更加方便直观地输入相关参数.     

基于行星减速器的多目标可靠性优化设计方法研究

将优化技术与可靠性设计理论相结合,以齿轮疲劳强度可靠度和行星轮系配齿条件等为约束,以行星齿轮减速器传动效率高、重量轻、体积小为优化目标,根据工程实践和统一目标函数法建立其优化数学模型,应用混合惩罚函数法、Powell法等多种优化算法对其进行优化设计[1].通过实例说明,应用这种理论方法可在保证减速器使用寿命的前提下,得到满意的优化结果.     

Detecting gear tooth fatigue cracks in advance of complete fracture

Some results from using vibration-based methods to detect gear tooth fatigue cracks are presented. An experimental test rig was used to fail a number of spur-gear specimens through bending fatigue. The gear tooth fatigue crack in each test was initiated through a small notch in the fillet area of a tooth on the gear. The primary purpose of these tests was to verify analytical predictions of fatigue crack propagation direction and rate as a function of gear rim thickness. The vibration signal from a total of three tests was monitored and recorded for gear fault detection research. The damage consisted of complete rim fracture on the two thin rim gears and single tooth fracture on the standard full rim test gear. Vibration-based fault detection methods were applied to the vibration signal both on-line and after the tests were completed. The objectives of this were to identify methods capable of detecting the fatigue crack, and determine how far in advance of total failure positive detection was given. Results showed that the fault detection methods failed to respond to the fatigue crack prior to complete rim fracture in the thin rim gear tests. In the standard full rim gear test all of the methods responded to the fatigue crack in advance of tooth fracture; however, only three of the methods responded to the fatigue crack in the early stages of crack propagation.