航空圆柱直齿轮热摆辗成形工艺分析

为研究航空圆柱直齿轮热摆辗成形过程中金属变形规律和齿形充填特点,利用DEFORM-3D软件建立了圆柱直齿轮热摆辗成形三维刚塑性有限元模型,模拟了其热摆辗成形过程。结果表明,圆柱直齿轮热摆辗成形过程中,坯料变形区分为主动变形区和被动变形区,并随着摆头的运动而呈周期性变化;随着变形的进行,主动变形区金属流动方向从径向转变为轴向充填模具型腔,齿形从上端到下端逐渐成形,坯料呈蘑菇状;齿根区域等效应变与等效应力值最大,齿顶温度高于齿根温度;轴向载荷随塑性变形的进行逐渐增大,最大值约为2500 kN,径向载荷呈周期性变化,径向载荷远小于轴向载荷。开展了圆柱直齿轮热摆辗工艺实验,实验结果与模拟结果吻合。

大重合度直齿轮动载特性分析

针对大重合度直齿轮啮合齿数与普通直齿轮间的差异性变化,以一对大重合度直齿轮和普通直齿轮为研究对象,通过有限元法求解齿轮时变啮合刚度,建立大重合度直齿轮啮合耦合型动力学模型,利用Newmark-β时域积分求解齿轮系统动态响应,对其进行时频域分析并与普通直齿轮进行对比,获得了大重合度直齿轮在不同转速、误差影响下的动载系数变化规律。结果表明,大重合度直齿轮啮合刚度与普通齿轮有较大差异,其动态响应结果波动幅值较普通直齿轮有明显降低,提升了系统稳定性;大重合度直齿轮动载系数与普通直齿轮相比有明显下降,并且随着转速的升高和误差的增大出现不同程度的增加,其中在共振转速区域范围内增幅明显。

小模数直齿轮免参数并行快速测量

小模数齿轮在实际制造中,单条产线多台设备通常同时生产多种不同参数的齿轮,迄今无法用单台齿轮测量仪器在生产线上同时实时全检这些不同参数的齿轮。开发了基于Facet的齿轮亚像素边缘定位算法、基于迭代重加权最小二乘的齿轮中心定位法、圆与齿廓交点快速定位法、正弦函数拟合齿数法和齿廓近似测压力角法等;若结合适当的送料与定位机构,本文方法能够在未知参数时,实现多种不同型号齿轮的混合测量,无需装夹,测量效率高。可以实现齿数、模数、压力角、齿顶圆直径、齿根圆直径、全齿高、齿宽、公法线变动量、变位系数、齿廓偏差和形位误差的测量。实验结果表明:该方法测量0.5~1.0 mm模数的直齿轮的重复性精度为4μm。该方法在小模数齿轮柔性化生产线具有重要应用前景。

齿面点蚀对直齿轮副时变啮合刚度及振动响应的影响分析

齿面点蚀作为齿轮传动中最常见的故障之一,它的存在直接影响齿轮副的时变啮合刚度(time-varying meshing stiffness, TVMS),进而导致系统动态特性的改变。鉴于此,将每个点蚀形状近似地视为椭圆柱的一部分,根据点蚀的分布位置和数量定义了三种损伤级别:轻度点蚀、中度点蚀和重度点蚀。基于势能法计算并比较了无故障齿轮和含有不同程度点蚀齿轮的TVMS,讨论了点蚀位置和点蚀尺寸对TVMS的影响。研究了单级直齿圆柱齿轮传动系统的故障动态特性,并利用动力传动故障诊断综合试验台对理论结果进行了定性验证。结果表明,该研究中的齿面点蚀模型与实际点蚀形貌更接近。随着点蚀位置参数的增大,点蚀区域由基圆逐渐向齿顶圆方向移动;点蚀长轴长越长,点蚀区域内TVMS的减小量越明显;在相同的主动轮角位移变化范围内,随着短轴长的变化,不同程度的点蚀故障引起的啮合刚度的减小量是相同的。所建模型能够预测齿轮系统的啮合刚度及振动行为,相应的振动分析结果为齿面点蚀故障的检测和诊断提供了理论参考。

基于改进分形方法的齿面磨损故障直齿轮啮合特性分析

考虑实际的轮齿表面微观形貌,建立了轮齿间相互作用的三维分形接触模型。结合轮齿承载接触分析方法,考虑轮齿间摩擦力的影响,建立了直齿轮副的时变啮合刚度模型,并通过有限元方法进行了验证。结合Archard磨损模型,考虑齿面粗糙度和摩擦力的影响,分析了齿面磨损故障状态下直齿轮副的啮合特性和磨损深度,同时分析了摩擦力和分形参数对时变啮合刚度和磨损深度的影响。摩擦力导致节线处的时变啮合刚度发生突变。当直齿轮副处于双齿啮合时,摩擦因数的增加和分形维数的降低导致磨损深度的增加和时变啮合刚度的降低。时变啮合刚度随分形维数的变化呈线性变化。分形维数对时变啮合刚度和磨损深度的影响随着磨损周期的增加更为明显,超过了摩擦因数对其的影响。

齿向修鼓和轴向错位直齿轮副刚度的计算方法

针对齿向修鼓和轴向错位直齿轮副刚度激励的问题,提出了一种通用的时变啮合直齿轮副刚度的解析方法。首先,建立了直齿轮齿向修鼓与轴向错位模型,导出了轮齿副总误差计算式;然后,结合了弹性力学理论、齿接触分析(TCA)以及加载齿接触分析(LTCA),对齿向修鼓和轴向错位的直齿轮副加载状态下的啮合特征进行了计算;基于势能法以及切片理论,建立了改进的几何刚度、耦合刚度、赫兹接触刚度以及齿基刚度模型,并进一步推导了齿向修鼓和轴向错位的直齿轮副时变啮合刚度改进解析式;最后,将该方法的计算结果与有限元结果进行了对比分析,对该解析模型进行了验证,并分析了不同鼓形量与错位量对直齿轮副刚度激励的影响。研究结果表明:提出的齿向修鼓和轴向错位直齿轮副刚度计算方法的计算误差为3%,能够准确且有效地分析齿向修鼓和轴向错位直齿轮副的啮合刚度,为齿轮副传动系统的修形设计提供了理论基础。

内啮合短齿高直齿轮承载传动误差研究

齿轮承载传动误差是评价齿轮动态啮合性能的一个重要指标,承载传动误差波动幅值越小,齿轮副动态啮合性能越好。针对目前直齿内啮合齿轮承载传动误差研究不充分的问题,以Romax软件为工具,建立内啮合短齿高直齿轮副模型,研究了内啮合短齿高直齿轮齿廓修形参数和螺旋线修形参数对承载传动误差波动幅值的影响,获得了修形参数对承载传动误差波动幅值的影响规律,并采用粒子群算法研究了内啮合短齿高直齿轮修形优化设计方法。研究成果为提高内啮合短齿高直齿轮的动态啮合性能提供了依据。

基于Johnson接触模型的内啮合直齿轮系统多状态啮合动力学建模与分析

准确解释齿侧间隙诱发的轮齿脱啮或齿背啮合可为齿轮结构优化设计提供理论指导。基于Johnson接触力模型,构建及时变齿侧间隙和啮合过程中能量耗散的渐开线内啮合直齿轮传动系统动态啮合力计算模型;根据内啮合直齿轮啮合原理和轮齿受力情况,对其啮合过程进行动作分解,建立时变齿侧间隙下具有5种啮合状态的渐开线内啮合直齿轮系统非线性动力学模型;构造5种不同的Poincaré映射,明晰5状态啮合行为特征;通过相图与动态啮合力时间历程图揭示系统多状态啮合行为的产生机理。结果表明,随着啮合频率逐渐增大,系统出现单双齿齿面啮合,动态啮合力在方向上的突变导致轮齿脱离与单双齿齿背啮合,引起轮齿间的冲击振动行为,当啮合频率较大时,系统即使表现出稳定的啮合状态,但仍然发生单双齿脱啮。以往的内啮合齿轮系统动力学模型无法揭示其多状态啮合特性,该文针对多状态啮合行为对内啮合齿轮传动周期内非线性振动特性进行分析。

基于机器视觉的直齿轮齿距偏差检测

针对直齿轮齿距偏差测量难度大、测量精度低的现状,文章采用机器视觉技术对直齿轮的齿距偏差进行检测。通过机器视觉系统获取齿轮图像,利用改进的Zernike矩亚像素边缘检测算法进行齿轮边缘检测;利用重心法求取齿轮几何中心,利用统计连通域法求取齿数,利用凸包法计算齿顶圆半径并计算获取齿根圆半径,通过齿顶圆公式计算模数,通过分度圆公式计算分度圆半径;依据测量结果给出了齿轮齿距偏差的测量方法,通过测量结果与直齿轮实际尺寸对比和分析,证明了该算法的合理性,可以实现齿距偏差的有效检测。

反转啮合直齿轮排肥器偏角对排肥性能的影响

为明确排肥器偏角对反转啮合直齿轮排肥器排肥性能所造成的影响,优化排肥器的最佳偏角,在介绍排肥器工作原理的基础上,通过solidworks中的“质量属性”功能确定其理论排肥量,通过EDEM建立排肥器的仿真模型并对排肥过程进行仿真模拟,以排肥均匀性变异系数为评价指标进行单因素试验,结果表明:排肥均匀性变异系数随着排肥器偏角的增大而减小,当排肥器偏角为90°时,即排肥器与机具行进方向的夹角为90°时,排肥均匀性变异系数最小,排肥器排肥性能最好。

真实啮合状态的直齿轮副啮合刚度计算方法

为了准确计算直齿轮副在真实啮合状态下的时变啮合刚度,根据齿轮啮合原理和齿轮副啮合刚度的定义,提出通过齿面接触分析(TCA)/承载接触分析(LTCA)计算真实啮合状态下直齿轮副时变啮合刚度的方法。在考虑直齿轮副齿形修形和安装误差的基础上,构建真实啮合状态下直齿轮副的TCA和LTCA分析模型,采用数学规划与有限元结合的方法获得齿面载荷分布因子和传动误差,通过三次Hermite插值,计算获得一个啮合周期内齿轮副的时变啮合刚度。结果表明,齿廓修形影响直齿轮副啮合刚度的幅值和均值,且随修形量和修形长度的增大而减小。与有限元法计算结果比较相差3.1%,验证了结果的准确性。

基于改进势能法的直齿轮时变啮合刚度计算方法研究

以势能法为基础,将轮齿全齿廓分为渐开线部分和过渡曲线部分,提出一种改进的直齿轮时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了齿根过渡曲线的参数方程,基于渐开线起始点半径、基圆半径和齿根圆半径的相对大小关系,建立了不同齿数情况下的轮齿模型,对渐开线齿廓部分的积分上限进行了修正,使得轮齿模型更为精确。对不同齿数情况下的轮齿时变啮合刚度进行计算,将改进前后方法的计算结果进行对比。结果表明,由于渐开线齿廓起始点半径和基圆半径不重合导致的计算误差会随着齿数的增加而增大;对于齿数相差较大的轮齿进行时变啮合刚度计算时,应根据齿数大小分情况进行啮合刚度计算;若用统一的轮齿模型进行计算,可能会带来较大的计算误差。参考有限元法计算结果,分析了误差产生的原因,验证了本文中所提方法的有效性。

基于改进石川法的直齿轮时变啮合刚度计算分析

齿轮时变啮合刚度作为齿轮传动系统动态性能的关键参数,对动力学模型构建和故障诊断具有至关重要的作用。然而,传统石川公式法在计算时变啮合刚度时存在一定的偏差。为提高计算精度和效率,采用改进石川法对直齿轮时变啮合刚度进行计算分析。通过将轮体部分简化为曲边梯形,引入齿轮轮体部分变形量,利用MATLAB编程实现时变啮合刚度的计算,并将其与传统石川公式和有限元法进行对比。研究结果表明:在不同输入扭矩条件下,改进石川法相较于传统石川公式能更接近有限元法的计算结果,且在扭矩增大时,能保证较高的计算精度。同时,改进石川法在计算耗时上相较于有限元法具有明显优势。

基于折截面法的两模数直齿轮副齿根应力分析

为研究两模数直齿轮副齿根应力特性,根据渐开线齿轮齿廓加工原理,推导出两模数渐开线直齿轮副齿根过渡曲线方程,在此基础上推导出折截面法计算两模数齿轮副的齿根应力公式,获得了不同模数比情况下齿根应力在齿根过渡曲线上的应力分布和齿根应力最大值。结果表明:在过渡曲线上随着切线角的增大,主动轮(小齿轮)、从动轮齿根应力先增大后减小;主动轮(小齿轮)齿根应力最大值随模数比的增大而减小,从动轮齿根应力最大值随模数比的增大而增大,增大模数比可以显著减小主动轮(小齿轮)的齿根应力。

仿生直齿轮的结构设计与性能分析

为解决传统直齿轮在实际啮合工作中振动、噪声较大的核心问题,本着同时解决传统直齿轮重量较大且干摩擦的问题,以硅藻类为依据对传统直齿轮内部拓扑结构进行优化,并确定其最终三维结构;通过软件对优化后的仿生直齿轮的物理性能、模态频率等进行对比,从轻量化效果和减振两个层面验证了优化的效果。

基于平截面法的多模数渐开线直齿轮副齿根应力分析

推导基于平截面法的多模数渐开线直齿轮副齿根应力公式,进行多模数渐开线直齿轮副齿根应力计算,分析模数比变化对主、从动轮齿根应力的影响。结果表明:多模数齿轮副主动轮齿根峰值应力随着模数比的增大而减小,从动轮齿根峰值应力随着模数比的增大而增大;对于渐开线直齿轮副可以通过稍微增大主动轮的模数来显著降低小齿轮(主动轮)的齿根应力,来提高小齿轮的弯曲强度。

形位公差对小模数直齿轮传动系统精度的影响

形位公差是零件形状和位置特征变动的结果,形位特征的变动对于精密传动的传动精度产生很大影响。目前在小模数直齿轮传动系统精度计算中仅考虑齿轮副尺寸公差、齿轮副扭转弹性空回程、温度变化引起的圆周侧隙等,没有考虑形位公差的影响。本文以小模数直齿轮传动系统为研究对象,研究箱体形位公差对传动精度的影响。通过分析箱体的平行度、同轴度、垂直度等形位公差的定义,得出平行度、垂直度对中心距的影响,提出在独立原则下的小模数齿轮传动精度的计算方法,为计算小模数齿轮传动精度提供思路。最后通过一个工程应用实例,说明提出计算方法的必要性。

17Cr2Ni2MoVNb钢直齿轮精密锻造成形技术研究

研究了不同锻造比及正火温度对17Cr2Ni2MoVNb钢材料的力学性能、晶粒度及带状组织的影响,获得锻造比越大(变形量大),正火温度越高,带状组织及晶粒度越优;同时随着锻造比增加,屈强比有一定的下降趋势,这对于直齿轮精锻成形原材料尺寸的选择具有重要意义。通过分析不同锻造工艺对直齿轮精密成形的优缺点,开展直齿轮锻件及模具设计,以及直齿轮闭式锻造工艺仿真分析,完成了闭式锻造成形模具加工,并实现了直齿轮锻件的制造。结果显示,采用闭式锻造工艺可实现企业所用模数直齿轮的小批量生产制造,零件的锻造流线完整,符合锻造成形过程状态。

圆柱直齿轮冷精锻成形工艺数值分析及优化

基于现有圆柱直齿轮冷精锻工艺,增加“飞边孔”工艺方案B和“分流槽”工艺方案C,结合实际将“飞边孔”及“分流槽”开设的尺寸较小,但仍能使最大成形载荷下降超100kN,验证了两种工艺方案对降低成形载荷有显著效果;利用Deform-3D软件对3种工艺方案进行分析,得到了工艺方案B、C较工艺方案A的应力值更小且分布均匀,说明工艺方案B、C齿轮成形质量优于工艺方案A;对摩擦系数0.1、0.2、0.3和上模下行速度1mm/s、5mm/s、10mm/s进行成形载荷分析,成形载荷最大为2,070kN,最小为1,489kN,下降28%,得到了上述工艺参数范围内成形载荷的分布规律及范围,为实际工艺参数选择提供了理论依据。

氮化硅添加剂对直齿轮弹流润滑的影响研究

润滑油主要由基础油和添加剂构成。润滑油的性能取决于添加剂的种类和成分。氮化硅作为润滑油添加剂,可以大幅提高润滑油的摩擦磨损性能。文章对添加了氮化硅润滑油的直齿轮副进行研究,建立了添加氮化硅后的弹流润滑数学模型,利用MATLAB求解并与传统弹流润滑模型比较,发现氮化硅添加剂可增大油膜厚度,并可有效降低摩擦磨损。