斜齿轮啮合弯矩对风电齿轮箱行星轮滑动轴承瞬态润滑性能影响分析

风电齿轮箱行星轮滑动轴承常被设计为以行星轮内孔和销轴分别作为轴套和轴颈,然而斜齿轮啮合弯矩容易使行星轮与销轴之间产生轴线不对中,导致边缘接触风险高,影响运行寿命。以6 MW级传动链齿轮箱行星轮滑动轴承为研究对象,考虑滑动轴承径向载荷、弯矩以及转速的动态影响,建立了行星轮滑动轴承瞬态摩擦-动力学耦合模型,并以风电机组传动链SIMPACK动力学模型提取的行星轮动态啮合力与时变转速作为行星轮滑动轴承的载荷与运动边界输入,分析了斜齿轮啮合弯矩、输入扭矩和滑动轴承半径间隙对行星轮滑动轴承润滑性能的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明,行星轮动态啮合力及其产生的啮合弯矩会造成行星轮轴心位置与偏斜角产生动态循环变化,并且随着载荷的增加,行星轮滑动轴承油膜/固体接触压力与不对中弯矩会逐渐增大;减小行星轮滑动轴承半径间隙可以有效提高其瞬态润滑性能。

随机扰动和摩擦下的斜齿轮系统动态特性分析

建立考虑随机扰动和摩擦的8自由度单级斜齿轮传动模型,根据齿轮啮合原理,求解系统所受的摩擦力和摩擦力臂,利用龙格库塔法对微分方程进行求解,结合啮合频率的分岔图、时间历程图和庞加莱映射图等。分析在含摩擦和随机扰动啮合频率作用下系统的动态特性。研究得到,随着啮合频率的增加,系统由周期运动进入混沌运动,摩擦因数不会改变系统的分岔特性,但是会影响混沌区域附近的倍周期现象,随机扰动啮合频率会改变系统分岔特性,使系统提前进入混沌。

斜齿轮动态啮合及疲劳寿命分析

为了对高速斜齿轮啮合进行探究,首先通过有限元法构建多自由度的转子-轴承系统动力学方程,并计算齿轮啮合的固有频率,通过Newmark-β法计算位移响应,之后应用KISSsoft建立几何模型并对其齿形在齿廓和齿向两方面进行修形,应用ANSYS Workbench对修形前、后的斜齿轮副进行瞬态分析,并通过在等效应力、疲劳寿命和安全系数方面进行对比分析。结果表明:修形后的斜齿轮等效应力下降,疲劳寿命增加,安全系数提高,证明该修形方式的可行性,为设计高速斜齿轮啮合研究提供了参考。

蜗杆-斜齿轮传动齿面啮合干涉分析

蜗杆-斜齿轮传动具有传动比大、传动平稳等优点,广泛应用于各种小型交错轴传动。与蜗杆完全共轭的理论斜齿轮与常规的标准斜齿轮存在齿形差异,因此蜗杆和标准斜齿轮传动存在齿面间的啮合干涉,会影响传动性能。基于螺旋面圆柱蜗杆与斜齿轮的双参数包络成形原理,建立了阿基米德蜗杆和齿槽法向直廓蜗杆与斜齿轮的啮合方程,推导了理论共轭斜齿轮齿面,并与实际标准斜齿轮齿面比较,分析了传动过程中齿面接触干涉区域和干涉量。分析结果表明,蜗杆头数和节圆半径对蜗杆齿轮传动的啮合干涉有影响,增加蜗杆头数、减小蜗杆节圆半径都会使干涉量增加;在相同的蜗杆设计参数条件下,齿槽法向直廓蜗杆的干涉量要大于阿基米德蜗杆,以上结论为蜗杆斜齿轮传动的设计提供了参考依据。

修形斜齿轮成形磨削中齿廓精度补偿方法

建立了斜齿轮齿廓修形的坐标方程与成形磨削砂轮修整的几何算法,优化出齿廓修形后的砂轮截面廓形;通过数值模拟分析,得到了机床位置误差与齿廓偏差之间的耦合关系;编制了成形磨削齿廓精度调整软件,计算出斜齿轮修形与之对应的成形砂轮廓形和齿廓精度调整参数。通过修形斜齿轮的成形磨削试验,验证了砂轮廓形修整的正确性和齿廓精度调整的有效性。

蜗杆斜齿轮传动副时变啮合刚度计算及非线性动力学特性分析

蜗杆斜齿轮传动副作为一种交错轴点接触传动形式,掌握其时变啮合刚度及啮合侧隙与误差等引起的非线性动力学行为是减振降噪的核心。文中基于势能法修正并求解蜗杆斜齿轮传动副理论时变啮合刚度,建立考虑齿侧间隙-综合误差及时变啮合刚度的动力学模型,采用4~5阶Runge⁃Kutta法对系统动力学方程进行数值求解,得到蜗杆斜齿轮传动副动力学特性曲线。结合时域图、Poincaré图及FFT频谱图,分析齿侧间隙、阻尼比及载荷等因素对传动副振动和冲击状态的影响,结果表明:较小的误差幅值及较大的阻尼比可使系统处于稳定的周期运动状态。研究结果对优化蜗杆斜齿轮传动系统的振动噪声有指导意义。

斜齿轮时变啮合刚度改进算法及影响因素分析

在势能法基础上,基于切片积分原理,考虑齿根过渡曲线方程,提出一种改进的斜齿时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了真实齿根过渡曲线参数方程,修正了渐开线齿廓的积分区间,与有限元方法的对比结果验证了算法的有效性,减小了时变啮合刚度的计算误差。在此方法基础上,分析了齿宽、螺旋角、齿数和模数对时变啮合刚度的影响。结果表明,时变啮合刚度均值受齿宽影响较大,近似成线性关系;受螺旋角、齿数影响较小;螺旋角增大,均值以较小幅度波动性变化;中心距一定时,齿数增大,时变啮合刚度缓慢增大;齿轮参数改变会影响重合度;轴向重合度为整数时,时变啮合刚度波动值较小。

联合驱动斜齿轮传动系统模式切换过程的动态特性分析

齿轮传动系统作为舰船推进装置的重要组成部分,其在舰船运行模式切换过程中能否保持良好的动态特性对舰船结构安全性及机动性有着重要的影响。本文以某舰船中柴燃联合驱动斜齿轮传动系统为研究对象,建立系统纯扭动力学模型,采用MASTA软件验证该模型的正确性,基于该模型对燃气轮机单机驱动向柴燃联合驱动模式切换时的动力学特性进行分析,寻找模式切换的最佳转速和输入扭矩,探究啮合刚度和双联轴扭转刚度对模式切换过程动态特性的影响。计算结果表明,模式切换时齿轮1的最佳转速为2250 r/min,齿轮7的最佳输入扭矩为3100 Nm;啮合刚度的增大范围在基础值的1~1.2倍时,可以减弱不同切换阶段各齿轮副的振动程度;只要保证双联轴的扭转刚度超过0.8倍的基础值,系统中各齿轮副的振动程度将不再发生明显变化。

裂纹工况下斜齿轮系统啮合刚度计算模型研究

当斜齿轮副产生裂纹时,会影响齿轮副的啮合刚度。为了获得更准确的裂纹斜齿轮副的啮合刚度,提出一种改进的裂纹斜齿轮啮合刚度计算模型,综合考虑轮齿刚度、齿轮基础刚度在横向和轴向的影响,研究了齿顶扩展裂纹和端面扩展裂纹两种典型裂纹工况下的齿轮系统啮合刚度,并将啮合刚度解析计算结果与有限元模拟结果进行了对比。结果表明:啮合刚度的降低程度主要与裂纹区域有关,裂纹区域越大,啮合刚度降低越大;在裂缝长度和深度相同的情况下,端面扩展裂纹对啮合刚度的影响比顶部扩展裂纹更显著。仿真结果与计算结果吻合较好,验证了所提方法的准确性和有效性。

基于Amesim的斜齿轮功率损失仿真与分析

该文以纯电动汽车减速器斜齿轮传动为研究对象,基于Amesim仿真软件对斜齿轮传动在转动过程中可能存在的能量损失进行仿真分析。首先建立了一对斜齿轮仿真模型以及基于不同齿轮参数的能量损失仿真的数学模型,给出了计算能量损失所需要的一些计算方法;然后采用新斯凯孚(SKF)方程来计算斜齿轮两侧轴承所产生的摩擦力矩并采用PID速度控制方法提供所需的转速;最后进行仿真分析验证。仿真结果表明,该模型能够非常好地模拟出斜齿轮转动过程中存在的各种能量损失以及总损失,能够结合不同斜齿轮参数设置找到总损失最低的一组数据,从而为齿轮参数优化以及齿轮设计提供依据和参数。

含角度不对中误差的斜齿轮啮合刚度分析

角度不对中误差是齿轮箱中一种常见的安装误差,它将导致轮齿间出现局部应力过大、振动噪声过高等不良现象。然而,如何准确的预测角度不对中误差对斜齿轮啮合传动的影响是一大难题。针对此问题,本文基于“切片法”提出了斜齿轮角度不对中误差啮合刚度迭代模型,该模型综合考虑了角度不对中误差引起的轴向弯曲刚度和扭转刚度。通过有限元方法验证了所提模型的正确性。基于此模型研究了不同角度不对中误差参数及载荷对啮合刚度的影响。结果表明,随着角度不对中的增大,啮合刚度逐渐降低;随着载荷的增大,啮合刚度逐渐增大。该研究可为角度不对中误差的刚度计算提供理论支撑。

多模数ZI蜗杆斜齿轮传动设计与有限元分析及其应力预测

为解决传统渐开线蜗杆斜齿轮副在开式传动或传动比过大时斜齿轮容易发生齿根断裂的情况,提出一种新型的基于不等模数不等压力角设计的渐开线蜗杆副,使斜齿轮的模数与压力角同时提高,大幅提高斜齿轮的齿根强度。通过对此种蜗杆副的传动特性的分析,得到特殊的啮合角与中心距计算方式。另外,通过对同传动比、同蜗杆情况下基于不等模数设计的ZI蜗杆斜齿轮副和传统ZI蜗杆斜齿轮副的建模与有限元分析,得出在较大模数比情况下的斜齿轮齿根强度约为传统斜齿轮齿根强度的2.956倍,增大了渐开线蜗杆的应用范围。后续使用灰色预测,对比出误差平方和(Sum of Squared Errors,SSE)最小模型,予以验证预测的准确性,另外进行蜗杆施加不同转矩下的斜齿轮啮合齿受拉力处最大应力σ_(1max)的数据预测,为相应的工程分析与必要的校核设计给出了依据。

考虑齿面摩擦的斜齿轮副时变啮合刚度计算方法

斜齿轮由于具有传动平稳等众多优点,在高速重载场合广泛应用。斜齿轮副在啮合时,不可避免地受到摩擦力影响。因此在计算斜齿轮副的时变啮合刚度时,有必要将齿面摩擦计入其中。先通过切片法将斜齿轮切成直齿轮微元薄片,再根据能量法计算微元薄片的啮合刚度,最后沿齿宽方向进行积分累加,获取斜齿轮副精准时变啮合刚度。研究斜齿轮副时变啮合刚度在零摩擦、定摩擦和时变摩擦作用下的变化规律,揭示时变摩擦作用下齿面粗糙度、转矩、转速、齿宽等参数对斜齿轮副时变啮合刚度的作用机理。研究结果表明:在摩擦力的作用下,斜齿轮副时变啮合刚度会发生变化;定摩擦作用下,斜齿轮副的时变啮合刚度会减小,且定摩擦因数越大,时变啮合刚度越小;时变摩擦作用下,斜齿轮副的时变啮合刚度会随齿面粗糙度增大而减小,分别随输入转矩、转速和齿宽的增大而增大。

考虑载荷变化域的斜齿轮副齿面组合修形稳健设计

工程实际中,齿轮副的载荷条件通常不是恒定不变的,而是位于某一变化域中。为了解决考虑载荷变化域的斜齿轮副齿面修形设计问题,首先,构造了基于柔度矩阵法的齿面承载接触方程,并提出了基于能量切片法的齿面法向柔度计算方法,从而建立了修形斜齿轮副传递误差的快速计算方法;其次,基于稳健优化设计理论,以齿轮副传递误差波动量的均值和方差最小为目标,综合采用齿廓修形、螺旋线修形和对角修形,建立了考虑载荷变化域的组合修形参数稳健优化数学模型;然后,将带精英策略的非支配排序的遗传算法与传递误差计算方法相结合,求解得到组合修形参数的Pareto前沿解集;最后,从Pareto前沿解集中选取使传递误差波动量的均值和方差均较小的稳健修形参数,并分析了稳健修形斜齿轮副的传递误差波动量随载荷的变化规律。结果表明,采用所提方法得到的修形齿面对载荷变化表现出较强的稳健性。

汽车EPS斜齿轮蜗杆传动优化设计研究

基于现代先进汽车电动助力转向(Electric Power Steering,EPS)系统对转向传动的特殊要求,传动平稳、噪声小、成本低的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动得到大量应用,但由于其材料特殊,传统的蜗轮蜗杆设计方法准则并不适用。通过分析尼龙斜齿轮钢蜗杆传动的特殊情况,综合考虑性能、结构、成本等因素,借助Kisssoft软件对给定条件下的斜齿轮蜗杆传动机构的结构参数、安全系数进行了设计分析;按照易加工、不失效、等强度的原则,提出了其合理变位系数的取值及斜齿轮蜗杆各参数的设计方法,并利用Workbench软件对设计出的模型进行了仿真验证。结果表明,优化后的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动满足设计要求,综合性能较优。

基于折算齿形法的高阶非圆斜齿轮设计

针对由于非圆斜齿轮节曲线曲率变化,通过折算齿形法建立的轮齿螺旋线在投影至节曲线所在平面时未与节曲线完全重合,导致轮齿偏向不均的问题,利用渐开螺旋面和节曲线柱面相交得到的截交线代替螺旋线的设计方法,重新设计高阶非圆斜齿轮。通过推导求解截交线,证明了此曲线的可行性,同时以一对高阶非圆斜齿轮为研究对象,利用折算齿形法和截交线相结合的方法建立高阶非圆斜齿轮模型,并对其进行运动分析及干涉检查。结果表明,模型整体运行效果良好,可以避免干涉问题。可见通过此方法建立的一对非圆齿轮副是有效可行的,对后期研究其啮合刚度有重要意义。

基于有限元法的斜齿轮齿廓修形技术研究

研究了基于有限元法提取斜齿轮精确齿廓修形量的方法,提出了一种考虑修形齿面变化和齿根变化的齿廓修形新方法。重点介绍了全齿分析模型的建立,修形量的提取方法与二次修正方法。对修形前后斜齿轮齿面接触应力变化、接触区域改变和接触应力分布进行了对比分析研究,证明了这种新的修形方法能够很好的改善斜齿轮的传动性能,消除边缘接触,改善齿面啮合性能。

修形斜齿轮的轮齿接触分析

应用Ｌｉｔｖｉｎ最近的齿轮啮合理论，推导了修形斜齿轮的齿面接触与边缘接触的全部计算过程，能够对修形斜齿轮的齿面展成和具有不同误差及修形的斜齿轮接触过程进行计算机仿真。还以刀具齿廓修形和ＣＮＣ机床修形为例，讨论了齿面修形对改善齿轮传动性能的作用，以及相应的修形设计方法。

斜齿轮的有效长度和收尾长度的计算

文章基于理论分析并应用Lagrange乘数法以及求解一个一元四次方程,推导得到了与圆柱型齿条配合的斜齿轮所需要的有效长度的解析表达式,并通过SolidWorks软件验证了其正确性。再通过求解一元四次方程,推导得到了斜齿轮的滚齿收尾部分最远端到垂直于工件轴线且包含退刀时滚刀轴线和工件轴线的最短距离线所在平面的距离,即滚齿收尾长度的解析表达式,并通过SolidWorks软件验证了其正确性。这两个表达式为与斜齿轮相关的机械产品的设计提供了重要依据。

基于Creo的角变位斜齿轮副建模及轮齿强度分析

针对角变位斜齿轮强度计算和校核验算复杂的问题,文中利用有限元分析技术,验证了一组用于某型号钢丝绳起重葫芦起升减速器末级的外啮合角变位圆柱斜齿轮副设计合理性的方法,其包括利用Creo软件平台的Creo Parametric模块进行外啮合角变位圆柱斜齿轮渐开线齿廓的精确参数化三维建模,采用Creo Simulate模块进行静力学模拟仿真分析。模拟分析结果可输出轮齿各部位的详细应力情况,作为齿轮设计、强度计算校核的重要参考。熟练运用本方法,可减少大量繁杂的手工计算和翻阅手册查找公式、参数、系数的时间。