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。     

风电变桨行星减速机的动力学性能仿真

利用虚拟样机技术对1.5 MW风电变桨行星减速机进行运动学、动力学仿分析,并在此基础上对箱体进行有限元模态分析。用接触力模拟齿轮啮合力的方法得出了行星减速机3级内齿圈的动载荷时域、频域变化规律,并对第3级内齿圈进行动载荷齿面接触强度校核。研究结果表明:减速机传动比仿真结果与理论计算结果相差仅为0.01,验证了建模方法的正确性;该行星传动属于具有较高可靠度的行星传动;在额定工况下,箱体固有频率与各内齿圈内齿啮合频率相差较大,不会发生共振现象。     

不同工况下钢塑齿轮组合行星传动的振动特性实验研究

为了了解不同工况下钢塑齿轮组合行星传动系统的振动特性,对行星传动系统中的内齿圈,行星轮和太阳轮依次用塑料材料制造的齿轮进行替换,从实验方面研究不同转速和载荷对其振动特性的影响。实验研究分析结果表明:依次用塑料材料制造的齿轮置换内齿圈,行星轮和太阳轮后对行星齿轮传动系统的振动特性影响很大,合理地引入塑料齿轮可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制传动系统的振动和噪声。     

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.     

含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统静态均载特性

基于集中参数法,建立含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮传动系统静态均载计算模型,并针对其进行静态均载特性行为的理论研究。考虑时变啮合刚度、各构件偏心误差激励、中心构件浮动等影响因素,并利用傅立叶级数法求解系统载荷平衡方程,定性地分析各构件偏心误差、中心构件浮动方式及浮动量、柔性内齿圈扭转刚度等参数对系统静态均载特性行为的影响。研究结果表明:系统均载系数随着偏心误差的增大而增大,构件偏心误差共同作用对均载系数的影响比构件偏心误差单独作用时的影响大;柔性内齿圈扭转刚度的改变对太阳轮、内齿圈的浮动量及系统的均载系数均有影响;含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统较一般人字齿行星齿轮系统有更好的均载效果。     

行星传动中薄壁齿圈稳态动响应研究

以功率分流式行星减速器中薄壁齿圈为研究对象,利用ANSYS构建了结构的有限元模型,并采用模态叠加法计算了在动态啮合力作用下结构的动响应,得到了额定工况下及共振情况下齿圈节点位移及动应力响应的时域历程,对节点位移动响应中的频率成分做出了分析。就齿圈转速、传动系统中与齿圈啮合的行星轮个数及齿圈厚度对其动响应的影响做出了讨论,为齿圈结构的设计提供了理论依据。     

行星传动中薄壁齿圈稳态动响应研究

以功率分流式行星减速器中薄壁齿圈为研究对象,利用ANSYS构建了结构的有限元模型,并采用模态叠加法计算其在动态啮合力作用下的结构动响应,得到了额定工况及行波共振情况下齿圈节点位移及动应力响应的时域历程,对节点位移动响应中的频率成分做出了分析.就齿圈转速、与齿圈啮合的行星轮个数及齿圈厚度对其动响应的影响做出了讨论,为齿圈结构的设计提供了理论依据.     

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。     

人字行星传动内齿圈结构稳态响应分析

以某人字行星传动系统为例,采用Pro/E软件建立了内齿圈结构参数化模型,利用Ansys软件计算了轮体结构前25阶固有频率和振型.为了解决目前商用软件在求解结构稳态响应时,无法考虑载荷作用点也随时间周期变化的问题,采用模态叠加法进行结构循环瞬态计算,结合外部稳态判断程序求得在系统动载荷作用下,内齿圈结构不同轮缘厚度下的稳态动位移和动应力响应,为相关齿轮结构设计、修改提供依据.     

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。     

Semi-stationary subdivision operators in geometric modeling

Based on the view of operator, a novel uniform subdivision construction method is proposed for free form curve and surface design. This method can give an appropriate manner of parameter change in the subdivision iteration with fewer parameters and better shape control, such as building local revolving surfaces. The convergent property of order 2 subdivision surface is elegantly analyzed using computing techniques of matrix. This method is promised to be valuable in Computer Aided Design and computer graphics, due to the simplicity both in mathematical theory and practical implementation, the similarity to the B-spline curve and surface, G1 continuity, the affine invariability and local flexible control.     

影响螺纹副轴向力分布均匀性的关键因素分析

通过对螺纹连接结构承载分布问题的理论分析与数值模拟,探索影响螺纹副轴向力分布均匀性的关键因素.首先对螺纹副轴向承载分布进行理论分析,提出依据螺纹副截面上单位长度荷载F与螺纹牙相对变形u的关系曲线确定轴向力分布的解析方法.理论分析表明,当F-u关系曲线呈屈服形状时,螺纹副轴向承载力分布更加均匀.其次,对施必牢螺纹副进行分析,发现其F-u关系曲线呈现出屈服特征;从牙型设计、材料塑性和螺纹错动三方面进行分析,阐明施必牢螺纹副承载分布均匀性好的力学机制;最后,详细分析了螺纹副径向尺寸系数、摩擦因数和材料特性等因素对螺纹上轴向力分布的影响规律.     

荷载均衡法在高烈度地震区房屋加层中的应用

根据高烈度地震区房屋加层改造的特点提出了荷载均衡法,即在确定加层减荷方案时注重考虑减荷分布的均匀性以及原有结构减荷量与加层增荷量的相互平衡。将该方法应用于抗震设防烈度为8度的某框架结构教学楼加层改造工程中,制定了3个不同的减荷方案,运用PKPM和YJK软件分别进行结构计算分析与比较。结果表明,采用优选的加层减荷施工方案后,无需对原结构的梁柱进行加固,减少了加固工程费用,缩短了施工工期。     

双材料悬臂梁孔边界面裂纹应力强度因子计算

采用有限元方法求解了在压缩载荷作用下双材料悬臂梁孔边界面裂纹问题．在界面裂纹尖端的周围,使用了由8节点二维等参单元退化而产生的四分之一节点奇异单元来模拟裂尖应力的奇异性．在有限元分析中,考虑了裂纹面的接触作用．应用最小二乘法计算了Ⅱ型应力强度因子．数值结果表明：孔的尺寸对Ⅱ型应力强度因子和裂纹面接触压力有很大的影响;随着摩擦系数的增大,Ⅱ型应力强度因子减少．忽略裂纹面的摩擦作用,Ⅱ型应力强度因子可能被高估．     

沥青路面结构在非均布荷载作用下的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状更接近于矩形 ,且对路面的作用力也呈现出非均匀分布。采用三维有限元分析工具 ,分析了不同的沥青路面结构在不同车型及其不同荷载量、不同作用力分布形式下的力学响应分析。结果表明 :荷载的非均布特性对沥青路面结构的力学影响 ,要远大于均匀分布 ;从受剪特性来看 ,轻型货车对路面结构的影响 ,特别是当其超载时 ,是不容忽视的 ;路面结构的弯沉值并不能反映出路面结构的抗剪能力 ,相反 ,当路表弯沉越小 ,表现出路面整体强度越强时 ,其面层所承受的最大剪应力可能更大。     

弹粘性层状体系的力学分析

本文采用作者1987年建立的柱坐标系弹粘性力学分析的基本方程,导出了垂直和水平圆形均布荷载下层状半空间弹粘性体系的定解方程。利用数值方法可得到这些方程的解,从而获得具有各种弹粘性材料组成的层状体系中的应力和位移。已经编制的可解算N层弹粘性体系在多个垂直和水平圆形均布荷载作用下的应力和位移的通用程序(简称EV程序)可在IBM-PC微机上运行。     

单周期荷载作用下纤维沥青路面的动态响应

为了研究动荷载作用下纤维沥青路面的响应,基于弹性理论,应用有限元方法分析单周期动荷载作用下,不同的荷载作用时间、路面体阻尼比、土基模量和加载方式对不同纤维沥青路面结构的路表最大弯沉的影响规律.对于不同纤维沥青路面结构:不同荷载作用时间下,路面的动静态弯沉差值基本接近;随着路面体阻尼比的逐渐增加,路面的动态弯沉逐渐减小,但减小率和到达最大动弯沉对应的时间基本接近;随着土基模量的逐渐增加,路面的动态弯沉逐渐减小,但减小率基本接近;半矩形波荷载比半正弦荷载作用下的路面动态弯沉大,而弯沉差值基本接近.分析表明,在单周期动荷载作用下,纤维的加入提高了路面的整体抗变形能力,但对路面的动态弯沉影响规律基本相同.     

基于薄板理论的空区顶板稳定性分析

考虑作用于顶板上的均布载荷及作用于顶板上方中心处的集中载荷情况下,基于四边固支矩形薄板的纳维叶解法,分别导出了均布载荷与集中载荷作用下矩形顶板的挠度方程与应力表达式.分析得到四边固支矩形板在均布载荷和集中载荷作用下的高应力主要出现在板的中心以及长边的中点处,影响应力的因素主要包括厚度、载荷大小、板的尺寸以及泊松比.依据第一强度理论建立均布载荷和集中载荷共同作用下的顶板安全性控制方程,并求解得到其安全临界顶板厚度,并通过工程实例验证了该控制方程的正确性.     

随机人行激励概率性均方根加速度响应计算

人行荷载受到步频、步长、行人自重、各阶谐分量动载系数和相位等参数随机性影响而具有显著的随机性,导致其荷载反应谱的随机性。给出了考虑到上述随机因素的反应谱,并且引入以均匀试验为基础的反应谱的计算方法解决计算工作量的问题。按照均匀试验构造代表性人行荷载时程的随机样本,在各个跨度、阻尼比的梁式结构上进行时程分析,获得反应谱曲线。在此基础上运用响应面和可靠度分析得到具有指定保证率的峰值加速度谱,并进行了频率、阻尼比和跨度等因素的敏感性分析,给出了最大加速度谱的一般计算式。     

非理想边界拱的面内失稳模式与屈曲荷载

将拱结构中既非固结也非铰支的非理想边界考虑为沿不同方向的具有一定刚度的弹性约束,利用变形几何关系和能量变分原理推导了拱的非线性平衡方程.以圆弧拱为例建立了径向均布荷载下外荷载与结构内力、径向位移之间的关系,通过定义拱的深浅参数和临界约束刚度进行分析并得到了跳跃屈曲、分岔屈曲等的发生条件及存在区间.本文方法所得屈曲路径和屈曲荷载与有限元法所得结论吻合良好,且用数值法分析了不同约束刚度时的屈曲路径和临界荷载.结果表明,临界深浅参数和临界约束刚度对圆弧拱的屈曲模式及屈曲临界荷载影响显著.