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。     

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。     

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．     

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。     

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。     

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。     

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。     

动力諧波齿轮传动啮合侧隙公式及二类界限函数的探讨

本文根据空间啮合二类界限函数,讨论了谐波齿轮传动的柔性齿轮筒体在不同输出扭矩作用下齿面啮合区域的变化规律,为分析谐波齿轮传动齿顶过渡干涉提供了比较适合的计算方法,且为研究谐波齿轮传动中柔轮沿齿长方向进行齿廓修形提供了理论依据。     

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.     

基于啮合效率下斜齿圆柱齿轮设计参数的选择

斜齿轮因具有传动平稳和承载能力高等优点而被广泛用于高速、重载传动中。目前对于斜齿轮的设计多以满足齿面接触强度、轮齿弯曲强度和齿面抗胶合承载能力为准则,未考虑设计参数对啮合效率的影响,易造成能源浪费和经济损失。在影响齿轮啮合效率的因素中,滑动摩擦功率损失占主要地位。因此,本文从计算斜齿轮滑动摩擦功率损失入手,通过计算啮合点处的滑动摩擦功率损失并沿啮合线积分,得到斜齿轮啮合效率的表达式,从中揭示出设计参数对啮合效率的影响规律,进而提出在满足齿面接触强度、轮齿弯曲强度和齿面抗胶合承载能力的前提下斜齿轮设计参数的选择原则。     

齿轮传动系统对摩托车噪声的影响

对摩托车噪声研究表明,齿轮噪声在摩托车噪声中占据相当重要的比重,如何控制好齿轮噪声对降低摩托车噪声具有十分重要的意义.论文讨论了发动机与传动系统合理匹配、初级传动齿轮几何设计参数和齿部(齿形与齿向)修形对摩托车噪声的影响.研究结果表明,齿轮传动系统与发动机的合理匹配能有效提高摩托车效率,正确选择初级齿轮传动几何设计参数,对初级传动齿轮进行修形能有效降低摩托车噪声,具有重要的工程实际意义.     

微齿轮齿面磨损行为及仿真分析

微型齿轮作为微机电系统(MEMS)的关键零部件,齿面磨损是影响其服役性能及失效形式的主要因素之一。为了研究微齿轮齿面磨损机理,基于Archard磨损理论,利用ABAQUS二次开发UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,建立了微齿轮齿面磨损有限元分析模型,得到了不同啮合周期下的齿面磨损分布规律,并进行了试验验证。基于构建的有限元模型,考虑主、从齿面磨损的相互作用,分析了不同材料性能(弹性模量)及材料配对方式对齿面磨损分布及大小的影响。研究结果表明,微齿轮齿面磨损最严重的地方发生在靠近齿根的基圆附近,齿顶附近磨损较轻;与材料性能相比,不同材料配对对微齿轮磨损大小影响更显著。     

剃齿过程中刀齿与轮齿弯曲变形分析

探讨了剃削过程中刀齿与轮齿接触点的变化规律,根据实测剃削力的大小运用三维有限单元法计算了刀齿与轮齿在接触点的变形,并对变形进行了分析,作出了刀齿与轮齿的弯曲变形曲线。它为进一步研究实际剃削是与变形之间的关系奠定了基础。     

考虑齿向修形与安装误差的圆柱齿轮接触分析

提出一种齿向修形的等半径圆弧鼓形齿面新结构,根据齿向修形原理推导出等半径圆弧鼓形齿面方程,构建含安装误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮渐开线齿的接触分析(TCA)模型,给出TCA算法和算例.TCA计算结果表明:齿轮轴线的中心距误差对这种鼓形齿传动的接触轨迹影响很小,鼓形修形量、鼓形中心与齿宽中点的偏差及齿轮轴线的平行度误差都将对齿轮接触轨迹产生较大影响:通过调整修形参数和安装误差可以精确的预控接触轨迹的位置,这对高性能齿轮传动设计制造有较大参考价值.     

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.     

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。     

准双曲面齿轮副的加载模型实验

本文采用相似模型实验方法直观地揭示了准双曲面齿轮副的加载啮合机理,分别讨论了齿轮副支承系统变形和轮齿自身变形对啮合的影响规律。其结论是建立该类齿轮副承载啮合性能分析计算方法的基础。