深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析

综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了深沟球轴承多体动力接触有限元模型;以显式动力学有限元法为基础,采用全积分单元算法控制沙漏,设置质量缩放系数缩减计算时间,对内圈施加不同转速时的深沟球轴承进行动力接触分析,得出了深沟球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。滚动体的最大和最小线速度分别出现在与内、外圈接触点上,各转速下滚动体与内圈接触的应力基本相同,滚动体与外圈接触的应力随转速增高而相应增大,滚动体与外圈间接触力的波动大于内圈,而滚动体与保持架间的作用力较小。研究表明,AN-SYS/LS-DYNA是分析轴承运转过程动力接触问题十分有效的工具。

船用齿轮箱动态响应及抗冲击性能数值仿真

采用三维冲击/动力接触有限元法计算轮齿的时变啮合刚度和啮合冲击激励,用简谐函数模拟齿轮误差及外部加速度激励。综合考虑由轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励引起的内部动态激励以及由冲击加速度引起的外部激励的影响,建立了齿轮箱动力分析有限元模型。应用I-DEAS软件计算了齿轮箱的固有模态,并对齿轮箱承受内部激励和外部激励时的动态响应进行了数值仿真,得出了各种激励下齿轮箱的动态应力,为船用齿轮箱抗冲击能力的确定提供了理论依据。

增速箱内部动态激励及系统振动响应数值仿真

采用三维接触有限元法得出啮合齿对的时变刚度曲线 ,根据齿轮精度确定齿面误差曲线 ,求得包括刚度激励和误差激励在内的内部动态激励。应用 I- DEAS软件建立了增速箱有限元动力分析模型 ,并对增速箱的固有频率以及箱体和传动轴的振动响应进行了数值仿真 。

船用齿轮箱多体动力学仿真及声振耦合分析

基于多体系统动力学理论,综合考虑齿轮副时变啮合刚度、齿侧间隙、轴承支撑刚度等内部激励以及螺旋桨外部激励,建立了含传动系统及结构系统的船用齿轮装置多刚体系统动力学模型,计算了齿轮副动态啮合力及轴承支反力;对齿轮箱及支座进行柔性化处理,形成多柔体系统动力学模型,采用模态叠加法计算了箱体表面的动态响应.而后以多体动力学分析所得的轴承支反力频域历程为边界条件,建立了箱体声振强耦合分析模型,预估了齿轮箱表面声压及外声场辐射噪声.结果表明,齿轮副动态啮合力、轴承支反力以及箱体动态响应频域曲线的峰值均出现在齿轮副的啮合频率及其倍频处;仿真所得的箱体振动加速度及外声场辐射噪声与齿轮箱振动噪声试验台架实测结果吻合良好.

湿式摩擦离合器瞬态热传导过程数值仿真

给出了湿式摩擦离合器的摩擦热和对流换热系数计算公式 ,建立了内外摩擦片的三维热传导分析模型 ,用瞬态温度场有限元法求解了空转和结合时摩擦片的热传导过程 ,并计算了离合器空转时的效率及润滑油出口油温。

齿轮箱动态响应及辐射噪声数值仿真

建立了齿轮箱传动系统及结构系统的动力有限元分析模型,综合考虑轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励等内部动态激励的影响,应用ANSYS软件对齿轮箱的固有模态和内部激励下的动态响应进行有限元数值仿真。以动态响应结果作为边界激励条件,建立了齿轮箱箱体的声学边界元分析模型,利用SYSNOISE软件中的直接边界元法求解箱体表面声压及场点辐射噪声,并对齿轮箱进行空气噪声测试。比较辐射噪声的测试结果与数值仿真结果,两者吻合良好。

多级齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析

以锥-平行轴-行星多级齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差、齿侧间隙等因素的18自由度弯-扭-轴耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程进行求解,研究其耦合非线性振动特性。计算结果表明:随着齿侧间隙的增大,系统响应经倍周期分岔进入混沌运动,且侧隙对系统动态特性的影响随着负载的增大逐渐减小;随着负载的增大,系统响应由混沌经逆倍周期分岔进入单周期响应,齿轮副啮合状态由双边冲击、单边冲击过渡到无冲击状态;当输入转速减小时,混沌区域覆盖的负载范围也随之减小。

齿轮传动三维间隙非线性冲击─动力接触特性数值仿真

给出了三维冲击─动力接触问题有限元混合公式；研制了三维冲击─动力接触有限元分析程序。对齿轮传动的突加载荷冲击以及啮入冲击进行了冲击特性数值仿真，分析了齿侧间隙对轮齿冲击特性的影响，为多流齿轮传动系统间隙非线性动态分析提供有力工具。

弧齿锥齿轮传动内部动态激励数值仿真

建立了弧齿锥齿轮传动的三维几何模型及有限元静力和动力接触分析模型。采用ANSYS软件对静力分析模型进行接触分析,得出弧齿锥齿轮传动的啮合刚度激励;采用LS-DYNA软件计算轮齿的啮入位置及主、从动轮的相对转速,对其啮入冲击特性进行数值仿真;用半正弦函数模拟误差激励曲线。综合考虑齿轮刚度激励、误差激励及啮入冲击激励得到弧齿锥齿轮传动的内部激励曲线。仿真分析得出负载对冲击有较大影响;冲击时间与冲击速度无关,冲击力与冲击速度成正比;齿轮侧隙及轴交角误差将导致冲击时间滞后,同时引起冲击力增大;侧隙对冲击时间滞后影响较大,轴交角误差对冲击力大小影响较大。

双台阶钻柱螺纹联接弹塑性接触特性数值仿真

建立了双台阶钻柱螺纹接头有限元模型 ,采用弹塑性接触有限元混合法开发了钻柱螺纹接触特性分析程序 ,并对双台阶钻柱联接螺纹进行了应力应变分析 ,求得联接状态下由预紧力以及轴向力、内外压力、弯矩和扭矩所引起的螺纹联接部位的位移场和应力场 ,为评价其承载性能及密封性能提供了一种数值方法。

风电增速箱输出级齿轮副疲劳寿命有限元分析

建立了风电增速箱输出级斜齿轮副的三维接触有限元模型,计算了静载荷作用下齿轮副的应力应变;基于齿轮材料的疲劳试验常数,计算了材料的近似S-N曲线;对风电增速箱真实载荷谱20种工况的载荷历程进行雨流计数,得到载荷循环数、均值与幅值的关系。在FE-SAFE软件中,对斜齿轮副接触模型进行疲劳寿命分析,研究了载荷、表面粗糙度、残余应力以及轮齿修形量对齿轮副疲劳寿命的影响规律。结果表明,齿轮副应力集中处有少数低寿命点,齿轮副寿命随载荷及齿面粗糙度的增大而减小,残余拉应力使疲劳寿命减小,而残余压应力可使疲劳寿命增大,适度修形可提高齿轮的疲劳寿命。

准双曲面齿轮三维间隙非线性冲击特性分析

应用轮齿加载接触分析程序计算了承载下准双曲面齿轮的啮合性能 ,得到加载啮合时各轮齿的载荷分配。应用轮齿啮合原理 ,开发了准双曲面齿轮网格自动建模程序 ,建立了轮齿动力接触有限元分析模型。采用动力接触问题有限元混合解法 ,对准双曲面齿轮传动的初速冲击和突加载荷冲击特性进行了数值仿真 ,分析了齿侧间隙对轮齿冲击特性的影响。

双环减速器辐射噪声数值仿真及试验研究

以中心输入式双环减速器为研究对象,综合考虑齿轮内部动态激励以及环板不平衡惯性激励,建立了减速器传动系统及结构系统的动力有限元分析模型,应用ANSYS软件对双环减速器进行固有模态及动态响应数值仿真。以振动位移作为边界条件,建立减速器箱体的声学边界元分析模型,在SYSNOISE软件中用直接边界元法计算了箱体表面声压及场点的辐射噪声。利用传动系统试验台对双环减速器进行振动加速度及辐射噪声测试,并与数值仿真结果对比分析,两者吻合良好。

湿式摩擦离合器带排扭矩预测及影响因素分析

以船用湿式多片摩擦离合器油路为研究对象,利用动网格技术对离合器分片过程的流场进行动态仿真,得出摩擦片间隙处油层厚度的分布情况;基于流体动力润滑理论和牛顿内摩擦定律,建立含径向和周向油槽的湿式多片摩擦离合器带排扭矩数学模型,计算得出离合器带排扭矩解析解;建立摩擦离合器片间润滑油层参数化离散模型,采用有限元法计算得出离合器带排扭矩数值解,而后研究了油槽形式、主动轴转速和润滑油温度对离合器带排扭矩的影响规律.结果表明,两种带排扭矩预测方法的计算结果吻合良好;油槽形式对带排扭矩的影响较大;离合器带排扭矩随主动轴转速的增大而增大,随润滑油温度的增大而减小.

圆柱齿轮齿根三维裂纹扩展分析及寿命预测

基于线弹性断裂力学理论,建立含齿根初始裂纹的圆柱齿轮三维边界元模型,计算了裂纹前缘应力强度因子;对初始裂纹进行自动扩展分析,得到齿根裂纹的扩展轨迹及裂纹扩展寿命。在此基础上,研究了载荷大小、裂纹尺寸、裂纹位置及裂纹方向对裂纹扩展寿命的影响规律。结果表明,齿根裂纹以先慢后快的速率扩展,齿宽方向比齿厚方向易于扩展;随着载荷及初始裂纹尺寸的增大,裂纹扩展寿命逐渐减小,载荷对扩展寿命的影响很大,初始裂纹深度对扩展寿命的影响大于裂纹宽度;初始裂纹越靠近齿轮端面扩展寿命越长,初始裂纹方向为-30°左右时,裂纹扩展寿命最短。

风电增速箱结合部刚度分析及振动噪声预估

为了研究风电增速箱的振动特性和辐射噪声,基于轴承支承刚度及齿轮副啮合刚度分析,建立了风电增速箱轴系扭转振动模型,运用Matlab求解振动微分方程,得出轴系扭振频率及对应振型;综合考虑刚度激励、误差激励及冲击激励,建立了风电增速箱动力学有限元模型,仿真得出增速箱的动态响应。以箱体表面节点振动位移为边界条件,建立了增速箱声学边界元模型,采用直接边界元法求解得到箱体表面声压及场点的辐射噪声。结果表明,风电增速箱扭振频率与激励频率及其倍频相差较大,不会出现共振现象;增速箱结构噪声和辐射噪声的峰值主要出现在高速级齿轮啮合频率的二倍频附近。

裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析

以含裂纹故障的斜齿轮传动系统为研究对象,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形,提出了含裂纹故障斜齿轮副时变啮合刚度修正算法,并通过有限元法验证了算法的正确性,而后分析了不同长度、深度、角度等裂纹参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。在此基础上,综合考虑齿轮时变啮合刚度、静态传动误差、轴承支撑刚度及齿轮转子陀螺力等因素,基于轴系单元法建立了单级裂纹故障斜齿轮传动系统耦合动力学模型,采用Newmark-β法对系统动态特性进行分析,研究了裂纹参数对系统振动响应的影响。结果表明,随着裂纹深度及长度的增加,齿轮副啮合刚度有较大幅度的减小,系统时域响应中存在周期性冲击现象,频域响应中出现了以啮合频率为中心的调制边频带,研究结果可为含裂纹齿轮传动故障诊断提供理论依据。

大尺寸偏差油管螺纹接头弹塑性接触特性研究

开发了带尺寸参数偏差的油管螺纹接头参数化有限元自动建模程序,考虑材料非线性和接触表面非线性,应用弹塑性接触有限元法对存在尺寸偏差的油管螺纹接头进行了应力应变分析。并以27/8TBG油管螺纹接头为例,给出了油管在预紧及拉伸载荷工况下接头的应力应变云图及螺牙面的接触应力曲线,分析了外螺纹参数偏差变化时接头应力应变的变化规律。

风电增速齿轮箱动力学性能优化方法

建立增速齿轮箱动力学分析有限元模型,利用Lanczos法求得齿轮系统的振动模态;以齿轮副时变啮合刚度激励、齿面综合误差激励和轮齿啮合冲击激励为内部作用激励,采用直接积分法求得箱体表面节点的动态响应。选取箱体上12个主要结构参数作为动力学性能优化的设计变量,齿轮箱体积为状态变量,以齿轮箱表面振动加速度的均方根值最小为动力学性能优化的目标函数,利用零阶与一阶优化算法求得最优设计变量。结果表明:优化前后箱体均不产生共振,且满足静力学条件;优化后目标函数减小37.5%,箱体各计算点的振动响应均有较大幅度的减小,最大减小量为54%。

正交面齿轮传动非线性振动特性分析

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面误差、齿面摩擦、齿侧间隙、轴承间隙等因素的弯-扭耦合非线性动力学模型,采用4～5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程组进行求解。计算结果表明:在不同转速时系统会出现单周期非谐响应、多周期次谐响应、拟周期响应及混沌响应,并伴随着跳跃现象;随着负载转矩的增大,系统响应呈现混沌-多周期次谐-单周期非谐的变化趋势,轻载时齿轮副易出现单边和双边冲击现象,当载荷增大到一定程度后齿轮副处于无冲击状态;摩擦系数较小时,对系统非线性振动特性影响不大,当其逐渐增大时,系统运动状态由单周期经倍周期分叉进入混沌运动。