地铁列车减速器直齿轮弯曲疲劳有限元分析与试验

为研究地铁列车减速器小齿轮齿根部受力情况及弯曲疲劳裂纹萌生的机理,通过建立齿轮副有限元模型,对齿轮啮合过程进行瞬态动力学分析,得到了齿轮啮合过程中齿根处的应力-时间历程进而对齿根弯曲疲劳行为进行了试验研究。瞬态动力学分析表明,小齿轮齿根处在啮合过程中受到脉动循环载荷的作用,最大拉应力出现在齿轮啮合至分度圆时;且齿根处最大主应力的方向为沿齿根切线方向。齿根弯曲疲劳试验结果表明,裂纹在齿根弧线的中间位置萌生,方向为齿根切线的垂直方向。结合有限元分析结果可发现,齿根处裂纹在最大拉应力幅值位置萌生,其扩展行为受最大拉应力的主导。为进一步优化齿轮的设计、制造工艺及材料的选择提供了依据。     

基于曲线优化提高齿轮弯曲强度的方法

为了提高渐开线齿轮齿根的承载能力,结合啮合原理和APDL语言对齿条型刀具展成的齿轮进行了参数化有限元建模。采用有理二次Bezier曲线替代齿轮原有的齿根过渡曲线,应用ANSYS内嵌的优化方法寻求有理二次Bezier曲线权因子的最优解使齿根弯曲拉应力最小,通过悬臂梁模型对优化结果进行解析计算并对啮合齿轮进行三维有限元接触应力分析。研究结果表明:对于给定参数齿轮,优化齿轮相对未优化齿轮齿根弯曲拉应力降低了约21%,解析计算结果与数值仿真结果基本一致,验证了优化结果的准确性;三维接触分析的等效接触应力基本不变而接触应力稍有减小,由于加载位置和有限元模型的不同,齿根弯曲拉应力降低的百分比有所减小。但综合来看,在齿面接触强度稍有提高的情况下,优化的齿轮比未优化的齿轮表现出较高的齿根弯曲强度,对齿轮的传动非常有利。     

喷丸和电解抛光对齿轮弯曲疲劳强度的影响

为提高渐开线齿轮齿根承载能力,研究了喷丸强度、喷丸覆盖率、电解抛光对齿根圆角表面完整性和齿轮弯曲疲劳极限的影响规律.依据啮合原理和APDL语言,对齿条型刀具展成的齿轮进行了参数化有限元建模,应用ANSYS/FE-SAFE软件对齿轮进行弯曲疲劳强度的仿真计算,并通过单齿弯曲疲劳试验进行了验证.结果表明:通过软件仿真的渗碳淬火齿轮弯曲疲劳极限载荷与试验结果相比偏大；对齿轮齿根进行喷丸,并非喷丸强度和喷丸覆盖率越高越好,而是存在最佳的喷丸工艺参数；对齿轮喷丸后再进行电解抛光,可以改善表面完整性,进一步提高齿轮的弯曲疲劳强度,但强化效果受初始喷丸工艺参数的影响.     

基于动载荷谱的齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了探讨齿轮弯曲疲劳寿命计算问题,将齿轮疲劳总寿命分为两个阶段,即疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。通过 ADAMS 软件仿真实验齿轮的工作情况,使其接近真实状况,得到齿轮载荷谱。根据齿轮载荷谱,利用有限元ANSYS 软件分析在齿轮齿根危险截面处的最大应力。采用断裂力学、雨流法和 Miner 疲劳损伤累积模型,对考虑动载荷情况下的齿轮弯曲疲劳寿命进行预测,推导了齿根裂纹萌生期和扩展期的疲劳寿命计算公式。在高频疲劳试验机上对算例齿轮进行了双齿脉动加载齿根弯曲疲劳寿命实验研究,理论计算结果与实验结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性。     

基于动载荷谱的齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了探讨齿轮弯曲疲劳寿命计算问题,将齿轮疲劳总寿命分为两个阶段,即疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命.通过ADAMS软件仿真实验齿轮的工作情况,使其接近真实状况,得到齿轮载荷谱.根据齿轮载荷谱,利用有限元ANSYS软件分析在齿轮齿根危险截面处的最大应力.采用断裂力学、雨流法和Miner疲劳损伤累积模型,对考虑动载荷情况下的齿轮弯曲疲劳寿命进行预测,推导了齿根裂纹萌生期和扩展期的疲劳寿命计算公式.在高频疲劳试验机上对算例齿轮进行了双齿脉动加载齿根弯曲疲劳寿命实验研究,理论计算结果与实验结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性.     

摩擦力作用下的齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算

在考虑摩擦力的情况下，通过建立直齿圆柱齿轮的力学模型，研究了齿根的应力分布规律；推导出摩擦力作用下的齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算公式，并提出了影响轮齿弯曲疲劳强度之一的综合齿形系数。     

双圆弧齿轮弯曲动应力有限元分析

基于有限元及瞬态响应特性分析理论,将ANSYS和Pro／Engineer软件相结合,利用数据表对双圆弧齿轮进行斜坡式施加动载荷,并对产生的复杂弯曲动应力进行仿真分析,得出了特定工况下齿根及齿腰等效弯曲动应力的分布区域和变化规律．研究表明：当凸齿开始进入啮合时,啮入端齿根及齿腰的等效弯曲动应力最大;适当加大主动轮齿啮入端修薄量和齿轮重合度尾数,可提高齿轮的弯曲强度,但在啮出端不必进行齿端修薄．     

齿面摩擦力对齿根弯曲应力的影响

为了更准确地计算出主动轮的齿根弯曲疲劳应力,考虑了齿面间的摩擦力。以主动轮处于齿顶啮合位置时的轮齿为研究对象,分析了齿面摩擦力对齿根弯曲疲劳应力的影响,并提出一个被称为摩擦力影响因子的影响系数。研究结果表明,摩擦力的影响幅度与摩擦系数f及齿轮的齿数大小相关;当f=0.1时,摩擦力可使齿根弯曲疲劳应力增加8.4%;而当f≥0.15时,则可以高达10%以上。研究结果表明了在齿轮传动设计中,两轮齿齿面间的摩擦力不可忽略。     

81型双圆弧齿轮的弯曲应力分析

用三维有限元法对五种齿形的81型双圆弧齿轮的齿根弯曲应力进行了计算,分别得到了它们的齿根应力公式。并把这五种齿形的齿根应力公式统一成一个通用公式,从而得出齿形系数(Y_F)随齿数变化的曲线。该公式的计算结果和由电测法得到的结果吻合较好。可以作为81型齿轮弯曲强度计算的基本公式。     

双压力角非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力的有限元分析

推导出双压力角非对称渐开线齿轮系统全齿廓方程,以及在单、双齿啮合上、下界点处坐标和载荷角的计算公式,编制了相应的参数化程序.对实例的有限元分析表明非对称渐开线齿轮的齿根弯曲强度比对称齿轮有较大提高.计算结果揭示了由于时变啮合刚度的影响齿根弯曲应力在一个啮合周期的变化规律.     

基于ANSYS的减速机齿轮有限元分析

采用有限元法研究齿轮轮齿在受到不同载荷的情况下,其齿根弯曲应力和应变的变化情况。结果表明,在静载荷的作用下,齿轮齿根处的最大弯曲应力和最大应变都在许可的范围之内;而当齿轮受到冲击,在动载荷作用下,齿根处的应力大于齿轮材料的屈服极限。结合对断齿形貌的分析,可推断出轮齿的断裂是在出现疲劳裂纹后受冲击载荷作用而产生的过载断裂。     

25Cr2MoV离子渗氮齿轮疲劳强度的试验

本文对２５Ｃｒ２ＭｏＶ离子渗氮齿轮所进行的齿面接触疲劳和轮齿弯曲疲劳试验研究，得出了这种齿轮疲劳寿命分布规律和疲劳强度分布规律的结论，并求得这种齿轮的Ｒ－Ｓ－Ｎ线簇方程以及各种可靠度下的齿轮接触疲劳极限应力值和轮齿弯曲疲劳极限应力值。     

减速器弧齿锥齿轮动态啮合疲劳强度研究

以某型直升机尾减速器的弧齿锥齿轮副为研究对象,基于其非线性有限元接触分析模型,在一个啮合周期内,对该齿轮副进行了连续动态啮合过程的仿真,研究了该型轮齿的动态啮合齿面接触和齿根弯曲疲劳性能.啮合过程仿真得到的齿面接触和齿根弯曲应力的变化规律符合轮齿实际动态啮合规律.疲劳过程仿真得到了疲劳寿命分布云图并判断出轮齿疲劳破坏主要发生在齿根受压侧的倒角区域,进而得到了经渗碳处理前后齿根疲劳破坏节点位置的疲劳寿命值.     

弯曲齿条啮合传动的重合度

齿轮齿条在工程应用中具有广泛的应用,通常使用重合度作为衡量齿轮齿条承载能力和传动平稳性的指标。但由于制造工艺或载荷等原因,齿条可能会发生弯曲变形,弯曲后齿轮齿条的重合度难以计算。基于齿条不同方向弯曲模型,分别得出齿条在沿齿向弯曲、沿齿背方向弯曲和沿齿侧方向弯曲的重合度计算公式,并进一步推导出复合弯曲条件下的齿条重合度计算公式。针对一种型号的齿轮齿条钻机进行实例分析,研究齿条在各方向上弯曲不同角度后的齿轮齿条重合度曲线,结果表明:齿条不同方向的弯曲角度对齿轮齿条啮合的影响程度各不相同,可得齿背方向弯曲对啮合的影响最为显著。     

突端刀具的切齿研究及小轮齿根应力分析

为了提高大传动比锥齿轮的弯曲强度,避免小轮的轮齿根部与大轮的轮齿顶部发生干涉,切齿大传动比准双曲面齿轮小轮时,常采用突端刀具切齿。本文讨论突端刀具切制大传动比准双曲面齿轮小轮,得到小轮的轮齿模型,并借助于LTCA及有限元法,研究了突端刀具加工出的准双曲面齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力。     

摆线-渐开线复合齿形轮齿的弯曲强度分析

用边界单元法计算摆线-渐开线复合齿形轮齿根弯曲应力,并与标准渐开线齿轮进行了比较。结果表明,复合齿形齿轮比渐开线齿形齿轮具有更高的弯曲强度。同时具有接触强度高,耐磨损,传动效率高等优点。     

齿间滑动摩擦对机床增速齿轮传动中大齿轮齿根弯曲疲劳强度的影响

本文作者在对机床增速齿轮传动中大齿轮受力状况作全面分析及研究基础上推导出一组公式,利用该组公式可计算机机床增速齿轮传动中大齿轮在包括齿间滑动摩擦在内的实际载荷作用下的齿根弯曲疵劳应力。     

牙嵌式离合器多目标优化设计及其可靠度分析

以牙嵌式离合器重量最轻和齿根弯曲应力最小为子目标,用理想点法建立了多目标约束最优化设计数学模型。对设计实例用惩罚函数法进行求解。对齿根弯曲应力进行了可靠度分析,验证了离合器结构参数优化结果的合理性,     

基于Ideas的渐开线-双渐开线齿轮强度对比分析

利用Ideas软件的建模与仿真模块,建立了具有精确齿廓的渐开线齿轮副与分阶式双渐开线齿轮副的有限元分析模型,并对这两种齿轮在相同设计参数和相同加载力矩下的啮合情况进行有限元接触分析,求解出了这两种齿轮传动在不同啮合位置下的接触应力和弯曲应力,并作了对比分析.同时着重分析了分阶式双渐开线齿轮由于齿腰分阶对接触应力和弯曲应力的影响情况,为分阶式双渐开线齿轮这种新型传动应用于生产提供了理论依据.