基于ANSYS Workbench的回转机构回转齿圈接触有限元分析

利用三维建模软件CATIA对回转机构的回转齿圈进行了建模,并将模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中进行接触分析,计算了齿圈的接触受力情况,得出了齿面接触分析的应力应变云图,并和传统的齿面接触强度校核数据做了对比,可为齿圈强度优化研究提供依据.     

齿顶修形行星轮系啮合刚度分析

以含有太阳轮减重孔、齿圈固定孔、柔性系杆的行星轮系为研究对象,基于ANSYS软件,建立了考虑实际结构的修形行星轮系有限元模型.基于该模型,研究了齿顶修形以及减重孔、齿圈轮缘厚度、柔性系杆等齿轮结构对行星轮系时变啮合刚度的影响.研究结果表明:齿顶修形改变了啮合刚度曲线的形状和数值大小;减重孔增大将导致啮合刚度减小而齿圈支持率变大使啮合刚度增加;同时,系杆越柔,行星轮系啮合刚度波动越小.研究结果可为实际生产中考虑修形的行星轮系设计提供理论依据.     

行星齿轮传动柔性齿圈齿根动应力计算及光纤光栅检测方法

为有效提取行星齿轮传动系统柔性齿圈齿根动应力,综合考虑系统动力学特性,提出了一种内齿圈动应力的计算方法。在计算中,计入行星齿轮传动系统各部件的耦合关系,建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型,提取系统动载荷时域历程。采用有限元方法建立齿圈结构动力学分析模型,将内齿圈各轮齿啮合区划分出n条接触线,并用轮齿承载接触分析(LTCA)方法确定齿间载荷分配关系。运用模态叠加法对内齿圈动力学方程解耦,采用Newmark-β法逐次积分,计算了不同载荷下内齿圈齿根动应力。与Kahraman等仿真算法以及实验结果对比,结果表明:齿根应变在一个啮合周期中,经历了单齿受压、双齿拉压以及单齿受拉3个波动过程,与光纤光栅检测结果一致,并且在不同负载下,测量误差均小于10%;行星轮与内齿圈啮合至支撑位附近时,在支撑位置两侧形成反向对称变形趋势,应力呈现出对称分布,行星轮啮合位置远离内齿圈支撑位时,啮合位置应力明显增大,齿槽结构对齿圈齿根应力影响显著。     

考虑齿圈柔性的行星传动系统固有特性与灵敏度研究

为有效地模拟行星齿轮传动系统齿圈结构柔性,采用有限元方法建立了齿圈结构模型,依据啮合力与内齿圈的变形协调关系建立了传动系统刚-柔耦合动力学模型,求解了系统固有频率与振型,阐述了耦合系统固有频率的分布规律,依据系统振动特征,将系统振型划分为6种振动模式。计算了系统刚度对各阶固有频率的灵敏度,可作为行星传动系统振动抑制的依据,分析了系统扭转振动随太阳轮扭转刚度和太阳轮与行星轮啮合刚度的变化规律,讨论了齿圈厚度对系统固有频率分布、子系统耦合阶次与振动模式的影响,发现系统固有频率均会在齿轮子系统扭转振动频率位置出现,但随着齿圈厚度的增加,与之耦合的齿圈振动模式则逐渐由高阶节径振动逐渐降低,系统一阶振型也会由齿圈节径振动模式转变为齿圈刚体振动模式。     

刚柔复合齿轮结构参数对其动态特性的影响分析

刚柔复合齿轮是通过内部柔性部件自适应变形协调实现高可靠精密传动的新型齿轮.为了探究复合齿轮变形协调参数对其动态特性的影响,在建立刚柔复合齿轮综合啮合刚度模型的基础上,采用ADAMS建立了刚柔复合齿轮副虚拟样机.分析了齿圈与轮毂之间的间隙、齿轮副的中心距、金属橡胶的弹性模量对复合齿轮齿圈加速度、角加速度、啮合力和动态传动误差等动态特性的影响规律.仿真结果表明:减小齿轮副中心距使得齿圈与轮毂角加速度和齿轮副啮合力明显减小,传动精度也有所提高;增加金属橡胶弹性模量可以有效抑制齿圈振动加速度,但啮合力增加;齿圈与轮毂间隙增大,齿圈的加速度增加,传动误差增大,角加速度有所减小.综合以上因素,减小齿轮副中心距和齿圈与轮毂间隙,增加金属橡胶弹性模量可以减小复合齿轮振动,提高传动精度.     

回转支承机械加工的问题与改进

回转支承是160t吨铁路起重机的重要部件。本文对160t吨铁路起重机回转支承机械加工中存在的粗车崩刀,滚道面硬度偏低且淬硬层深度不均匀,齿圈三大件难以互换三个方面的问题进行了初步探讨,从改进工艺,提高加工质量和生产效率等方面入手,提出了严格控制坯料质量,严格控制进给运动各部分的间隙,合理的选择刀具材料与刀具几何参数,投入必要的更新改造资金,解决热处理设备问题,对回转支承加工设备进行了数控化改造等改进措施。     

齿轮中心双流传动系统的动力学分析

为了研究滑动摩擦和相位调谐对齿轮中心双流传动动力学的影响,建立了考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面摩擦、啮合相位、支承刚度及支承阻尼的齿轮中心双流传动系统扭转-横向振动耦合模型.通过对齿轮副啮合过程的分析,推导了系统中与摩擦有关的计算公式,并采用数值仿真法研究了滑动摩擦、相位调谐对齿轮动态传动误差和支承动载荷的影响.研究结果表明:滑动摩擦对齿轮支承动载荷影响很大,采用相位调谐可有效地降低系统的动态传动误差及中心轮的支承动载荷.     

考虑柔性齿圈的节点外啮合行星齿轮均载特性分析

建立一种考虑摩擦力、时变啮合刚度及阻尼、综合啮合误差及内齿圈柔性的节点外啮合行星齿轮平移-扭转动力学模型。推导系统多自由度的动力学微分方程组并采用四阶-五阶Runge-Kutta法求解方程,得到系统的振动响应。分析柔性齿圈、摩擦力以及节点外系数对系统均载特性的影响。研究结果表明:表面摩擦力是系统内部激励源,会加剧系统振动,而对于节点外啮合行星齿轮,在啮合过程中摩擦力不换向,改善系统的振动。行星齿轮系统采用具有一定柔性的齿圈会提高系统内啮合载荷分配的均匀性,对于节点外啮合行星齿轮而言,均载系数随着节点外系数的变化呈现"U"型变化趋势。     

基于圆弧啮合线内啮合齿轮设计与特性分析

针对内啮合齿轮传动,提出1种基于圆弧啮合线的大重合度内啮合齿轮构造方法。选取连接外齿轮和内齿圈节圆交点和齿顶圆交点的圆弧为啮合线,构造在该啮合线上共轭的外齿轮和内齿圈齿顶齿廓;根据共轭原理设计与齿顶齿廓共轭的齿根齿廓,完成内齿圈齿根齿廓修形;对新齿形进行根切检验,分析新齿形啮合几何特性及加载接触;利用数控加工方法完成内啮合齿轮样件的加工并进行啮合试验。研究结果表明:新齿形不产生根切和齿顶干涉;与渐开线内啮合齿轮相比,新齿形重合度大大提高,相对滑动率减小,相对法曲率增大;齿面接触和齿根弯曲应力显著降低,承载能力大大提高;齿数比为38/53的新齿形存在7对齿接触,验证了新齿形的大重合度啮合。     

镶嵌齿牙在悬臂式回转堆料机齿轮修复中的运用

矿选煤厂储煤场HDB2500/36型悬臂式回转堆料机回转机构部分的外齿圈因挤伤四处,无法实现全方位的布料,急需更换外齿圈,外齿圈位于回转台下部,整个堆料机安装时先安装的回转台,如果更换外齿圈必须将堆料臂架、悬臂胶带机、导料槽等件全部拆卸才能实现,整个更换工程需要一个多月的时间。为了保证储煤场尽早实现正常布料,采用了仅更换齿牙的方案。     

变速箱行星轮系的动力学仿真

为研究两挡变速箱行星轮系传动过程中的振动特性和轮系间轮齿动态啮合力的变化规律,利用Adams动力学软件建立变速箱行星轮系机构的动力学模型。根据变速箱的工作原理,对行星轮系的动力学行为进行仿真模拟,结果表明：行星轮系输出角速度和角加速度的曲线呈明显周期性,且仿真分析和理论结果的误差为0.6%,以此证明行星轮系仿真模型的正确性。由于轮齿啮合具有一定的周期性致使轮系振动也具有周期性的特点,输出振动角加速度在理论值0°/s²上波动。太阳轮和内齿圈分别与行星轮之间的动态啮合力主频率为2倍关系,太阳轮与行星轮径向、切向啮合力存在90°的相位差,行星轮系轮齿间的接触力满足力平衡关系,与理论分析相一致。     

有多重虚约束的内平动齿轮传动机构力学分析

建立具有多重虚约束的内平动齿轮传动机构的力学模型. 通过计入各运动副处的接触变形,建立变形协调方程,结合各构件的力学分析,得到其力学模型. 结合具体实例,得到了高速级齿轮的啮合力变化情况,给出了曲柄转矩、平动齿轮轴承力及方位角、支撑轴承力及方位角随曲柄转角变化的规律,分析了设计参数对平动齿轮轴承载荷的影响,给出了两相平动齿轮与内齿轮啮合力的变化规律. 实例分析结果表明,较大的尺寸系数及较小的啮合角对提高轴承的寿命十分有利.     

面齿轮传动新齿形与齿面修形研究现状与展望

面齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,在航空航天领域具有重要的应用,其新齿形与齿面修形研究已成为齿轮传动的研究热点。首先,从齿面展成、啮合理论、设计方法和啮合特性等方面对国内外在面齿轮传动传统齿形的相关研究成果进行了概述;其次,阐述了国内外在新齿形面齿轮传动的啮合理论与设计方法方面的研究现状;再次,详细归纳论述了面齿轮传动在面齿轮齿面修形与小轮齿面修形两个方面的重要研究进展;最后,总结展望了今后面齿轮传动在新齿形加工、修形齿面的啮合分析、修形齿面的承载能力分析、修形优化设计、软件开发等方面的研究方向。     

直线共轭内啮合齿轮副的重合度研究

根据齿轮啮合原理,参照渐开线齿轮定义了直线齿廓外齿轮的基本参数,得出了齿形半角、压力角和最小齿数的关系,得到直线齿形齿轮的齿廓方程,在此基础上对啮合极限点进行了研究。为满足连续传动的要求,推导出直线共轭内啮合齿轮副啮合曲线,并分析了直线共轭内啮合齿轮传动的啮合特性。根据重合度计算理论推导出直线共轭内啮合齿轮副重合度的计算公式,保证在齿形参数设计时满足连续传动的要求。根据齿轮的基本参数和重合度的计算公式,研究外齿轮齿顶高系数、内齿圈齿顶高系数、压力角与重合度的关系。     

考虑变位系数的直齿轮啮合特性分析

使用有限元方法研究直齿轮传动的啮合特性.基于APDL建立变位直齿轮副参数化有限元模型,采用显式动力学分析软件LS-DYNA对齿轮副啮合过程进行数值仿真,得到齿轮啮合产生的动态接触力以及动态传递误差,研究了齿轮变位系数对于齿轮啮合特性的影响,将动态传递误差与静态传递误差进行对比,分析了二者产生差异的原因.研究表明不同变位系数下,啮合频率都是主要的频率成分,其他频率成分的幅值受到变位系数的影响,接近固有频率的倍频幅值较大.静态传递误差与动态传递误差在时域和频域上都存在较大区别.     

齿轮传动系统随机振动模型与仿真

除考虑齿轮的齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应外,还考虑了由扭矩波动引起的低频外激励和齿轮阻尼比、齿侧间隙、激励频率、啮合刚度的随机扰动,根据牛顿定律建立了单对三自由度直齿齿轮传动系统的动力学方程.利用系统的分岔图、相图、时间历程图、Poincaré映射图、李雅普诺夫指数和功率谱图分析了齿轮传动系统在齿轮时变啮合刚度变化下的动力学特性,以及啮合刚度的随机扰动对系统动力学的影响.数值仿真表明,随着齿轮时变啮合刚度的增大,齿轮传动系统从周期运动通过倍化分岔通向混沌运动;在啮合刚度的随机扰动不是很大时,系统解的周期结构不会发生大的变化.     

齿轮轴过盈配合对轴肩微动磨损的影响研究

针对某动力总成齿轮轴轴肩在工作过程中发生严重微动磨损的现象,利用有限元软件ABAQUS建立了齿轮轴轴肩微动磨损仿真模型.通过对齿轮轴与轴承之间过盈配合的计算分析,得到齿轮轴过盈配合所需的最小过盈量,在此基础上对轴肩所受的微动磨损进行仿真分析,研究过盈配合对轴肩微动磨损的影响.通过分析在不同过盈配合下轴肩接触应力和轴肩变形量对微动磨损的影响表明:增大过盈量,轴承内圈与轴肩接触应力相应增大,轴承与轴肩接触面的相对变形量(即位移幅值)随之增大,轴肩微动磨损亦相应增大.因此,齿轮轴与轴承之间适当的过盈配合既可以保证静止状态下齿轮轴材料不出现塑性变形,又能使齿轮轴转动时有足够的接触压力传递有效转矩,可以有效地减缓齿轮轴轴肩处的微动磨损.     

基于扩展卡尔曼滤波和希尔伯特-黄变换瞬时频率的齿轮啮合刚度辨识算法

齿轮副是传动系统中的重要部件,齿轮在啮合过程中会出现单、双齿交替参与啮合的情况,造成齿轮啮合刚度周期变化,引起系统振动.齿轮的啮合刚度与齿轮的状态有关,当齿轮出现故障时,齿轮啮合刚度会发生变化,因此通过监测齿轮的啮合刚度就能够估计齿轮副的工作状态.根据齿轮副的动力学模型建立齿轮啮合刚度的离散辨识模型,提出基于扩展卡尔曼滤波器和希尔伯特-黄变换瞬时频率,利用振动信号对齿轮啮合刚度进行估计的动态辨识算法.仿真和实测结果表明,所提出的方法能够跟踪辨识齿轮的啮合刚度,具有较高的辨识精度.     

Dynamic Simulation for Rigid-Flexible Coupling Model of Gear Transmission System Based on ADAMS

The influence of the flexible body for the motion of gear transmission system is analyzed and the foundation for a more accurate assessment of gear transmission system is established when it has battle damage faults. By using Pro / E software,the virtual prototype model of gear transmission system in the speed reducer is established,and the rigid model and rigid-flexible coupling model are simulated respectively in ADAMS to obtain the data of gear meshing force. It can be concluded that rigid-flexible coupling model can reflect the real motion better than rigid model by comparing the simulation data of two models.