双圆弧谐波传动齿廓参数对柔轮应力影响

针对设计规范中未考虑齿廓参数对柔轮疲劳寿命影响的问题,采用包络法设计无公切线双圆弧共轭齿廓,进行多体接触有限元分析,并建立齿廓参数与柔轮应力的响应面模型,分析各齿廓参数对柔轮应力的影响规律.结果表明:由于刚轮与柔轮之间的啮合齿对会约束装入波发生器时产生的柔轮变形,所以柔轮应力对齿廓参数变化的敏感度较高;谐波传动为多齿啮合传动,单个接触齿对受载较小,载荷对柔轮应力影响较小;齿厚比和双圆弧倾角对柔轮应力的影响最大,齿顶高系数和齿根圆角半径的影响次之,齿根高系数的影响最小;柔轮应力随齿根半径和齿根高系数的增大先减小后增大,其余齿形参数与柔轮应力呈负相关.     

谐波齿轮柔轮啮合点周向刚度的理论分析及仿真

为揭示柔轮结构对其啮合点周向刚度的影响规律,提升谐波齿轮的传动刚度,提出柔轮啮合点周向刚度的理论计算方法。该算法首先将周向力引起的柔轮啮合点变形拆分为筒体变形和齿体变形,分别推导周向力作用下柔轮杯底、光筒、齿圈和圆弧过渡部分的扭转变形及渐开线轮齿的弯曲和齿根转动的理论公式,并基于周向位移等效折算柔轮啮合点周向刚度;然后建立包含工艺结构及渐开线齿廓等真实结构的杯型柔轮实体单元有限元模型,对未装配变形柔轮模型和波发生器作用下产生装配变形的柔轮模型分别施加周向力,获得柔轮筒体和齿体的负载变形。有限元仿真结果表明:杯底对柔轮筒体的扭转刚度的影响最大,齿体弯曲在齿体变形中的占比最大;装配变形增加了柔轮筒体的刚度,使其负载周向变形减小了约10%;减小齿廓压力角、增大变位系数和齿宽,可提高齿体刚度;柔轮筒体和齿体变形的理论解与有限元解的偏差分别为1.3%和2.2%;啮合点周向刚度的理论解与有限元解的相对偏差为-5%,验证了该算法的有效性。     

四齿差谐波齿轮传动柔轮的强度特征

通过分析柔轮的轮齿影响系数和齿根应力集中系数 ,得出四齿差谐波齿轮传动的 kt值比其对应的二齿差谐波齿轮传动至少减小 1 0 ,而且 kσ值也有减小 ,这导致四齿差谐波齿轮中柔轮应力水平的降低 .通过有限元分析发现 ,由于刚度不连续现象的减弱 ,四齿差谐波齿轮传动中柔轮的变形形状更接近于理论值 ,这改善了传动的啮合质量 ,降低了动载荷 ;柔轮所需的变形力降低到 75 ,因此波发生器与柔性轴承及柔轮环节的磨损减弱 ,提高了传动效率 ;柔轮齿根最大应力值之比的有限元分析结果与考虑轮齿影响系数 kt的理论估算比较接近     

小角度交错轴变厚齿轮齿根应力及影响因素分析

为了准确计算小角度交错轴渐开线变厚齿轮啮合过程中的齿根弯曲应力,采用空间齿轮啮合原理和有限单元法,分别建立了渐开线变厚齿轮齿面模型及空间小角度交错轴渐开线变厚齿轮啮合模型,提出了基于齿根及过渡圆弧精确建模的渐开线小角度交错轴变厚齿轮副齿根弯曲应力数值计算方法,对其齿根弯曲应力进行了分析,研究了关键设计参数顶隙系数、扭矩载荷、中心距误差、轴交角误差、小齿轮轴向误差以及大齿轮轴向误差对齿根弯曲应力的影响。结果表明,顶隙系数的增加使得齿根最大弯曲应力减小;轻载下齿宽方向的齿根应力分布较为平坦,重载下齿宽方向的齿根应力呈明显的抛物线状;轴交角误差和中心距误差的存在使得最大齿根弯曲应力增大,最大弯曲应力的位置随误差的正负而分别向轮齿的两端偏移,大小齿轮轴向位置误差对轮齿弯曲应力影响较小。     

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。     

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。     

基于齿轮误差与柔度的弯曲强度计算力点研究

考虑系统误差和轮齿综合柔度,对齿轮弯曲强度的计算力点进行研究.结合齿轮传动的动力和误差传递均沿工作齿面啮合线的特性,在该方向上建立含主要系统误差项和轮齿复合变形的齿轮误差-变形计算模型.根据基节偏差与齿形误差的随机分布规律,按最大误差法合成啮合齿对有效误差;根据力、变形与刚度的关系,将轮齿刚度分解为挠曲和接触刚度两部分,进而得到啮合齿对的综合柔度.最后基于上述计算模型,推导出齿轮弯曲强度计算力点的位置判别式.分析表明:计算力点位置选取与齿轮加工精度紧密相关,选法不同齿根峰值应力计算值相差很大;研究结果为弯曲强度计算力点的准确选取提供了比较科学的依据.     

基于ABAQUS的碟式太阳能方位角驱动机构蜗轮蜗杆接触强度分析

蜗轮蜗杆是碟式太阳能方位角驱动机构的重要部件,为确保方位角驱动机构能够安全平稳的工作,要求蜗轮蜗杆工作时的接触应力小于材料许用应力.本文采用参数化建模法建立了蜗轮蜗杆实体模型并导入ABAQUS中得到多齿对蜗轮蜗杆接触有限元模型;基于非线性接触分析法,探索了蜗轮蜗杆啮合瞬间接触齿面的应力分布状况.结果表明:基于ABAQUS的蜗轮蜗杆接触应力结果与赫兹接触应力理论计算结果之间误差仅为1%,蜗轮蜗杆接触应力均远低于相应材料的许用应力,但齿根处最大应力值达到了258.3 MPa,且有明显应力集中现象,而增大齿根过渡圆半径能有效降低齿根应力,增大齿轮接触强度,但当过渡圆半径大于5 mm以后,蜗轮蜗杆难以正常啮合甚至已不能正常工作.     

基于结构应力法的对接焊缝应力集中效应研究

为探明对接焊缝应力集中的几何影响因素,基于结构应力法建立有限元模型分析过渡半径、焊缝余高、焊缝宽度、板厚等参数变化对焊趾截面应力集中的影响,并在此基础上对不同结构形式的对接焊缝不等厚（宽）板的影响因素进行分析.结果表明：增大圆弧过渡半径,可以减小焊趾处的应力集中系数,过渡半径从0 mm变化到6 mm,应力集中系数降幅可达15.8%;随着余高的增加应力集中系数增大,在不设圆弧过渡,焊缝余高从0 mm变化到6 mm时结构应力集中系数增长28.6%,并且余高的存在扩大了板厚对应力集中的影响;焊缝宽度对对接焊缝应力集中的影响较小,随着焊缝宽度的增加,应力集中系数波动幅度在2.3%内;不等厚板对接时,坡度1∶4与等厚板的应力集中系数相差最大为90.5%;不等宽板对接时,坡度1∶4与等宽板的应力集中系数相差最大为5%.     

谐波传动柔轮空间齿廓设计与制造工艺

为了消除柔轮装配后"杯口张角"对谐波传动的不利影响,在分析了传统的共轭齿廓设计方式的缺陷之后,对传统空间齿廓设计方式进行了优化改进,提出了柔轮齿圈壁厚内倾式调整的设计方式;针对柔轮齿圈壁厚内倾式调整的设计方式,提出了柔轮齿廓连续切割制造工艺方案并设计了专用工装夹具,并进行了实验试制.结果表明:相较常规柔轮齿廓设计模型,新型空间齿廓柔轮装配后不与刚轮发生干涉,装配应力降低50.2%,啮合面积占比增加7.6个百分点;最大齿形工艺偏差远小于设备加工精度.试制实验结果与理论分析相符,验证了该方法的可行性.     

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。     

基于重要抽样法的风电齿轮箱齿轮可靠性灵敏度分析

为了评估风电齿轮箱齿轮参数对其失效概率的影响,以1.5 MW风电齿轮箱高速级从动轮为研究对象,假设影响齿轮强度和应力的各个参数服从正态分布的随机变量,基于重要抽样方法对齿轮齿面接触疲劳和齿根弯曲疲劳失效分别进行可靠性灵敏度分析.分析结果表明,齿轮齿面工作硬化系数对齿轮接触疲劳失效的影响最大,齿轮弯曲强度计算的寿命系数对齿轮弯曲疲劳失效的影响最大,齿轮失效概率随各设计参数标准差的增大而增大.分析结果可以为风电齿轮箱齿轮的设计制造提供参考.     

基圆渐开线涡旋盘齿根综合应力集中系数的确定

分析涡旋齿根应力集中的主要影响因素,建立涡旋齿根应力集中的等效几何模型,在不考虑涡旋齿面质量影响的前提下,以齿根应力疲劳缺口系数和形状变化系数综合形成涡旋齿根综合应力集中系数,并基于机械设计手册数据拟合得到涡旋齿根综合应力影响系数的简化计算公式,实例说明计算结果与对应几何模型从《机械设计手册》中查取的结果吻合较好.     

基于热点应力的波形钢腹板梁疲劳分析

现行桥梁设计规范没有对波形钢腹板梁的疲劳设计进行规定.为了研究这类结构的疲劳评估和设计方法,对7根波形钢腹板试验模型梁进行了等幅疲劳荷载试验,获得了结构的疲劳试验数据;应用有限元子模型法,结合IIW规程推荐的应力线性外推法,计算了模型梁的热点应力集中系数,基于热点应力法评价了本文试验及其它两个试验中波形钢腹板梁的疲劳性能,结果表明:热点应力法能较好地应用于波形钢腹板疲劳评估中,FAT值建议采用100MPa.波形钢腹板梁有限元参数分析表明:最大热点应力及其集中系数受钢翼缘板厚度和腹板波折角度影响较大,随板厚增大而减小,随波折角度增大而增大;受腹板转角半径影响较小,随转角半径增大而减小.     

齿廓形状对谐波齿轮共轭啮合区润滑性的影响

采用公切线双圆弧齿廓作为谐波传动柔轮齿廓,通过包络理论推导出刚轮与柔轮的共轭齿廓方程和共轭区域,同时运用最小二乘法拟合刚轮齿廓的离散点,得到刚轮的拟合圆弧曲率半径.在此基础上,综合考虑卷吸速度、啮合点法向载荷、真实表面粗糙度和轮齿接触几何等因素,建立了双圆弧齿廓和渐开线齿廓谐波齿轮在共轭啮合区的混合润滑数学模型,分析了不同转速下谐波齿轮共轭啮合区处齿根啮合点和齿顶圆啮合点的润滑状态.研究结果表明:齿廓形状对润滑性能影响显著,采用双圆弧齿廓能显著增加平均油膜厚度和降低最大油膜压力,使润滑性能得到改善;随着波发生器转速逐渐降低,共轭齿根啮合点和共轭齿顶圆啮合点的平均油膜厚度和膜厚比随之减小,接触载荷比随之增大,润滑效果变差.     

基于有限元法的复合摆线行星齿轮副应力分析

针对设计规范中未考虑齿廓参数对复合摆线行星齿轮副应力影响的问题,采用四阶复合摆线作为内齿廓,基于Lewis定理求解出共轭齿廓,对摆线齿廓进行了修形,最后建立实体模型进行有限元分析,分析各齿廓参数对摆线齿轮副应力的影响规律。结果表明:复合摆线行星齿轮传动为多齿啮合传动,在啮合接触的位置呈典型的赫兹接触的应力分布特征,在齿根处有轻微的应力集中区域,齿轮副的承载能力主要受限于齿面接触疲劳强度;在可能的情况下,应选取较大的模数、较大的齿高调节系数和较小的齿形调节系数,以提高齿轮副的承载能力。     

基于ANSYS的齿轮动态应力强度因子的计算

以普通渐开线齿轮为研究对象,考虑时变刚度和固定的阻尼系数,建立齿轮振动微分方程,求出齿轮传动齿面动载荷;并基于ANSYS软件平台,建立齿根含裂纹的齿轮模型,利用APDL语言加载齿面动载荷和求解裂纹动态应力强度因子,得出其变化规律.     

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。     

复合材料铺层拼接区的应力集中研究

讨论了树脂基复合材料的柔度和变形随纤维方向的变化规律.采用有限元法分析了不同纤维方向对铺层拼接层合板的力学性能影响,计算表明拼接区的变形复杂,应力集中显著.根据计算数据求出最大应力随纤维偏角的变化关系,通过引入应力集中系数,得到了计算铺层拼接区的最大应力表达式.     

推杆针轮活齿传动的扭转刚度分析

为研究推杆针轮活齿传动的扭转刚度及其影响因素,应用变形协调方法推导了推杆针轮活齿传动的啮合力及扭转刚度的计算公式.应用实例分析了推杆针轮活齿传动的啮合力变化规律及扭转刚度变化规律,讨论了推杆针轮活齿传动的结构参数对其扭转刚度的影响.实例分析表明:推杆活齿在齿顶和齿根处所受啮合力最小,在齿廓中部受啮合力最大;推杆针轮活齿传动的扭转刚度波动较很小;激波器偏心距和针齿数对扭转刚度的影响大;针齿半径和针轮半径对扭转刚度的影响较小;激波器半径对扭转刚度的影响几乎可以忽略.研究成果可为推杆针轮活齿传动的齿廓修形和参数选择提供理论依据.