基于有限元法的斜齿轮体模态计算与分析

研究了斜齿轮体的固有振动特性;归纳出了齿轮本体和轮齿的主要振型类型;分析了齿轮本体结构对固有频率的影响以及相邻齿对轮齿模态特性的影响．所得结论为动态设计提供参考．     

齿轮本体温度场和热变形修形计算

本文运用有限元法，分析了在稳定负荷下运转并处于热平衡状态的直齿齿轮本体温度的计算，编制了齿轮轮齿本体温度场的计算程序和轮齿热变形的计算程序，同时对施热系数和输入摩擦热等问题的计算进行了分析，讨论了它们对轮齿本体温度的影响和对齿面输入摩擦热分布的影响，最后通过分析计算确定轮齿热变形进行轮齿修形，并在ＣＬ－１００型齿轮试验机上验证了轮齿修形效果。     

直齿轮接触有限元分析及轮齿热弹变形

本文提出了一种改进的轮齿弹性啮合有限元计算模型,给出了有限元混合法在二维弹性接触问题中的一般计算过程;建立了用有限元法分析直齿轮三维边界非线性本体温度场的半解析计算格式,并适当的讨论了传热边界条件的处理,最后以济南第一机床厂MAZAK精密车床主轴齿轮箱一齿轮付为例,展示了有限元法在齿轮弹性啮合特性分析与修形设计、齿轮本体温度及热变形计算等方面的应用。     

多齿根裂纹对齿轮传动时变啮合刚度的影响

时变啮合刚度是影响齿轮传动振动特性的重要参数,常用于基于振动的齿轮传动裂纹诊断。为深入研究齿轮裂纹诊断问题,旨在研究齿根裂纹对齿轮传动装置时变啮合刚度的影响。首先,基于齿轮所受转矩和啮合齿轮转角变形量,推导出齿轮传动装置的时变啮合刚度理论模型。然后,以渐开线标准直齿圆柱齿轮为对象,建立含齿根裂纹齿轮传动副有限元模型,提出基于有限元方法的齿轮传动时变啮合刚度计算方法。最后,通过数值算例讨论了一个啮合周期内齿根裂纹对单对轮齿啮合和两对轮齿啮合时啮合刚度的影响。结果表明,两对轮齿啮合时,双裂纹参与啮合不仅降低啮合刚度,而且远大于单裂纹对啮合刚度的影响;与单裂纹参与啮合相比,随着双裂纹的裂纹深度增加,啮合刚度的下降率增大;增加裂纹深度时,两对轮齿啮合时啮合刚度峰值与单裂纹单对齿啮合时啮合刚度峰值的差距缩小;组合裂纹参数下两对轮齿啮合时,因为轮齿参与啮合顺序不同,裂纹深度对齿轮啮合刚度的影响明显不同。研究结论可为基于振动特性的含多裂纹的齿轮传动裂纹诊断提供理论支撑。     

有限元分析法在齿轮强度分析中的应用

本文利用有限元软件ANSYS对矿井提升机的传动齿轮做了弯曲强度分析,校核了齿轮的弯曲强度,并由结果可以判断出齿轮在外载荷的作用下,其变形越接近齿顶,变形越大,齿顶部分变形最大,齿轮本体变形很小,整个轮齿的变形对传动的影响不大。轮齿的应力集中主要发生在齿根圆角处,齿轮啮合过程中此处最易折断。齿轮受载后发生表面和整体的变形,会影响齿间载荷分配和动态性能。     

基于轮齿剥落故障的齿轮动力学特性及特征提取方法

齿轮在啮合过程受到交变载荷的作用,会在齿面产生剥落等故障,严重影响齿轮啮合的稳定性和可靠性。推导了轮齿剥落故障时齿轮啮合刚度计算公式,研究了时变刚度计算方法,建立了轮齿剥落故障的齿轮啮合动力学模型;并利用试验验证了动力学模型的有效性。同时研究了缺陷尺寸和输入转速对齿轮振动特性的影响,引入包络谱信息熵的方法对缺陷时齿轮的振动特性进行了研究。为进一步研究齿轮故障分类等方法提供了理论依据和实践支撑。     

基于轮齿剥落故障的齿轮动力学特性及特征提取方法研究

齿轮在啮合过程受到交变载荷的作用,会在齿面产生剥落等故障,严重影响齿轮啮合的稳定性和可靠性。推导了轮齿剥落故障时齿轮啮合刚度计算公式,研究了时变刚度计算方法,建立了轮齿剥落故障的齿轮啮合动力学模型;并利用试验验证了动力学模型的有效性。同时研究了缺陷尺寸和输入转速对齿轮振动特性的影响,引入包络谱信息熵的方法对缺陷时齿轮的振动特性进行了研究。为进一步研究齿轮故障分类等方法提供了理论依据和实践支撑。     

面齿轮轮齿刚度的计算方法及其影响因素分析

面齿轮轮齿刚度是面齿轮传动啮合刚度的基本组成,其计算方法的解决可为面齿轮啮合刚度以及后续动力学分析奠定必要的理论基础。基于Buckingham的观点,将面齿轮齿形看作是由沿齿长方向一系列变压力角的齿条组成,得到沿轴向和径向都为变截面的面齿轮简化齿形,获得了面齿轮轮齿啮合变形的计算公式,求解出了面齿轮轮齿刚度;并通过与有限元法进行对比分析,验证了面齿轮轮齿刚度计算方法的可行性;分析了面齿轮模数、压力角以及齿宽对其轮齿刚度的影响。结果表明：面齿轮模数越大,其轮齿刚度沿齿根到齿顶的变化率越小;面齿轮压力角越大,其轮齿刚度越大,但沿齿根到齿顶的变化率基本不变;面齿轮齿宽越大,其轮齿刚度越大,且沿齿根到齿顶的变化率较之压力角的影响大。     

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构特性对其振动性能的影响

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构参数对其振动特性有一定的影响。减速箱轴承阻尼对轴承所处的轴的振动状况影响显著，对齿轮的振动特性影响较小。增加齿轮的啮合阻尼是降低减速箱系统振动响应峰值的有效措施。轮齿的啮合点分布状况对减速箱的振动性能有较大的影响，对齿轮轮齿啮入侧修形可以降低减速箱的振动响应。     

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构特性对其振动性能的影响

二级分流式双圆弧齿轮减速箱结构参数对其振动特性有一定的影响。减速箱轴承阻尼对轴承所处的轴的振动状况影响显著,对齿轮的振动特性影响较小。增加齿轮的啮合阻尼是降低减速箱系统振动响应峰值的有效措施。轮齿的啮合点分布状况对减速箱的振动性能有较大的影响,对齿轮轮齿啮入侧修形可以降低减速箱的振动响应。     

塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动的热力分析

结合齿轮啮合原理,推导出塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动副的啮合方程式.基于MSC.Patran/Nastran建立塑料斜齿轮和钢制蜗杆传动的本体温度场,并对啮合传动副进行有限元结构分析,得到此传动机构热平衡过程中载荷、本体温度和环境温度之间的内在联系.并通过赫兹接触理论验证了有限元分析的正确性.结果表明:在该传动过程中,热源从啮合齿面逐渐扩散到轮齿端面和非工作齿面上,热平衡时啮合齿面上轮齿中部靠近分度圆处温度最高,而轮齿端部温度最低.     

齿轮裂纹对动载荷谱的影响

基于摩擦学和齿轮系统动力学,同时考虑到轮齿摩擦、时变啮合刚度、偏心质量和综合误差的影响,创建了齿轮传动系统六自由度耦合动力学模型.利用自适应及变步长数值仿真方法对其进行了非线性振动研究,比较了完好齿轮与带裂纹故障齿轮的振动特性,分析了齿根裂纹对齿轮传动系统载荷谱的时域特性、频域特性和时频特性的影响.     

航空发动机齿轮接触分析与修形研究

基于齿轮啮合原理,在有限元分析软件ANSYS中采用APDL语言建立了齿轮传动三维参数化有限元模型.依据传热学和摩擦学理论,建立了单个轮齿的本体温度有限元分析模型,利用ANSYS软件求解出单个轮齿的本体温度场.将温度分布作为轮齿的温度载荷,计算轮齿的热变形,求出基于热变形的齿廓最大修形量.此外,依据经验公式,根据轮齿的受载情况计算齿廓的最大修形量.结合修形理论,得出了热弹耦合修正的渐开线齿廓修形曲线方程.通过ANSYS接触分析验证修形效果,得到修正后的修形曲线方程.     

考虑温度效应的斜齿轮时变啮合刚度解析算法

以斜齿轮副为研究对象,基于切片法和积分思想,计入齿面接触温度变化引起的齿廓形变,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形,提出了考虑温度效应的斜齿轮啮合刚度解析算法,并通过有限元法验证了算法的准确性.分析了不同摩擦因数、输入转矩、输入转速等工况参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律.结果表明,考虑齿轮温升影响后,轮齿从啮入到啮出整个过程的啮合刚度均有所增大;随着摩擦因数、输入转矩和输入转速的增大,斜齿轮本体温度及啮合齿面瞬时闪温升高,单齿啮合刚度和综合啮合刚度均值呈增大趋势.研究结果可为高速重载齿轮系统准确高效的动力学分析提供理论依据.     

三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计及参数优化

以三圆弧谐波齿轮为研究对象,结合改进运动学法和数值离散思想方法,求解出谐波齿轮柔轮齿廓方程和谐波齿轮传动的啮合不变矩阵,进而求解柔轮共轭齿廓;在共轭齿廓基础上,采用圆弧拟合和几何计算相结合的方法,设计求解出刚轮齿廓,并分析柔轮齿廓参数对柔轮共轭齿廓的影响。为进一步提高谐波齿轮的传动精度、传动平稳性、啮合刚度和承载能力,以增大谐波齿轮传动双共轭区间为目标,建立优化函数,对柔轮齿廓参数进行单变量和多变量优化分析。研究结果表明:采用合理的齿廓参数,可增加刚轮齿廓所包含的柔轮的理论共轭啮合点,最大化谐波齿轮传动双共轭区间,提高谐波齿轮啮合传动特性。     

齿轮啮合冲击过程分析及评价方法

基于我国首创的齿轮整体误差测量技术,以笔者提出的齿轮副整体误差为手段,从微观上解释了齿轮啮合冲击产生的具体过程,归纳了轮齿交替特性,提出了一种以轮齿交替特性为评价准则的齿轮啮合冲击的评价方法：总结了6种基本的交替形式,给出了各自的判别准则,统一了齿面交替和顶刃交替的判别方法,讨论了各交替形式与啮合冲击的关系;最后,以上述理论为基础,开发了齿轮啮合冲击测评系统并给出了分析实例．研究结果表明。齿轮副整体误差是研究齿轮啮合冲击问题的一种有效工具,以轮齿交替特性为基础的统计学评价方法为批量齿轮啮合冲击的测评和预报提供了一种新的方法和途径．     

不同载荷条件下椭圆柱齿轮动态接触特性分析

为研究载荷对椭圆柱齿轮动态接触特性的影响,利用LS-PROPOST软件模拟了轮齿的动态啮合过程,结果表明:在轮齿啮合过程中,齿线方向和齿廓方向的等效塑性应变、等效应力和表面压力随轮齿在节曲线上位置的不同而发生变化;在交变载荷条件下,轮齿的等效塑性应变、等效应力、表面压力、轮齿啮合力和力矩均在一定范围内有所增加;在交变载荷和普通载荷两种条件下,轮齿都具有较好的接触性能.     

引入塑料行星轮对行星齿轮传动动态特性的影响

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料行星轮后的动态特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对含塑料行星轮行星齿轮传动系统的动态特性进行了理论分析与实验研究,分析了塑料行星轮的引入对行星齿轮传动动态特性的影响。数值仿真与实验研究结果表明:塑料行星轮的引入对轮齿动态特性影响很大,显著地减小了太阳轮—行星轮和内齿圈—行星轮的啮合动载荷;显著地降低了行星齿轮传动系统的转子不平衡工频及其谐波振动、齿轮啮合振动及其谐波振动和高频带振动;在很大程度上降低了行星齿轮传动系统的振动强度。     

不对中工况下的修形齿轮副啮合特性分析

由于对齿轮进行鼓向修形可以有效缓解不对中故障对系统的影响,改善啮合状态,提升传动的平稳性.因此,基于轮齿承载接触分析理论建立考虑轮齿修形以及不对中的啮合特性分析模型,并通过ANSYS对模型的有效性进行了验证;基于本文模型分析了不同接触状态下的齿轮副时变啮合刚度与接触应力;最后以降低齿面接触应力为优化目标,对不对中齿轮副的鼓向修形量进行了优化.本文方法在保证计算精度的前提下极大地提升了计算效率,可为不对中齿轮副的修形优化设计提供理论依据.     

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮润滑加载接触分析

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮润滑加载接触分析将轮齿加载接触分析（ＬＴＣＡ）与热弹性流体动力润滑分析（Ｔｈｅｒｍａｌ－ＥＨＬ）有机地结合在一起。运用ＬＴＣＡ，可以得到齿轮副的接触状况，轮齿表面的几何特性，以及进行轮齿啮合表面热弹性流体动力润滑分析所需的法向载荷和运动参数等。从Ｔｈｅｒｍａｌ－ＥＨＬ的分析结果中，设计者能够得到包括油膜形成能力，油膜压力分布和温度增升等的润滑特性。在ＬＬＴＣＡ模型中，综合建立了轮齿接触和润滑特性与运转条件和齿轮加工所决定的几何特性之间的联系。