Reliability Analysis for a Gear-Rack Based on Combination of Simulation and Experiment

In order to analyze the gear-rack reliability under the most serious limit loads which was the new-type transmission mechanism of aircraft slats,the gear-rack static strength under the single tooth meshing was analyzed based on the simulation and experiment. Then,it randomized the load of gear-rack based on the precise finite element analysis( FEA) model,and analyzed the static strength reliability of the gear-rack. Finally,the gear-rack under the most dangerous situation has not been destroyed and it also has a high reliability.

非对称齿轮啮合刚度精确求解及齿廓参数分析

非对称齿轮是一种轮齿两侧采用不同压力角的新型渐开线齿轮,其齿廓参数对齿轮齿廓形状、运动特性、承载能力、传动效率和动力学特性等有至关重要的影响。基于齿轮啮合原理,运用李特文矢量法,根据加工刀具齿廓参数方程推导了非对称齿轮全齿廓方程;应用材料力学理论,建立非对称齿轮时变啮合刚度的数值求解模型,并通过有限元方法验证了该模型的有效性。基于所建立数值分析模型进行算例研究,总结了刀具圆角、压力角和变位系数对齿轮啮合刚度和重合度的影响规律。结果表明,随着轮齿工作侧压力角的增大,齿轮齿根厚度增加,单齿对的啮合刚度加大,齿轮的承载能力得到有效提高。加工工作侧轮齿齿廓刀具圆角的增大,也有利于提高齿轮的啮合刚度;同时,工作侧齿廓压力角的增大会使齿轮的齿顶厚度降低、啮合重合度减小,会导致齿轮的齿顶强度和冲击韧性降低。非对称齿轮齿廓设计时,应根据实际工况合理设置压力角参数。

非圆齿扇齿条副齿面接触应力分析及仿真

针对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的工作齿面易发生磨损、点蚀甚至断裂等现象,围绕非圆齿扇齿条副的齿面接触应力理论建模与有限元仿真分析开展研究,提出一种非圆齿扇齿条副接触应力理论计算模型,研究齿扇齿宽B、齿条压力角α和齿扇锥角φ等几何参数对齿面接触应力的影响规律;将非圆齿扇齿条副三维参数化建模与齿面动态啮合有限元仿真分析集成,提出一种非圆齿扇齿条副接触应力参数化、全流程仿真分析计算方法。预期为汽车转向器非圆齿扇齿条副的设计分析提供理论和方法指导。

非圆齿扇齿条副动态啮合建模与仿真分析

汽车转向器摇臂轴通常采用非圆齿扇齿条副来实现转向过程中的非匀速传动,其设计制造大多采用经验和试凑的方法,使得产品开发周期长,效率低。针对企业对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇齿条副设计与强度分析校核,尤其是动态啮合过程中应力应变的瞬时状态的需求,基于ANSYS ACT插件设计出摇臂轴非圆齿扇齿条副动态啮合仿真软件完成三维建模与仿真分析。该仿真软件包含创建求解项目、三维参数化建模与有限元仿真参数化3个部分,可实现摇臂轴非圆齿扇齿条副从设计到三维建模再到有限元分析的全流程参数化与模块化。相较于传统设计分析方法,将三维建模与有限元分析集成到Workbench中进行动态啮合仿真分析,极大地提高了汽车摇臂轴非圆齿扇齿条副设计与分析效率。

不同形式齿轨车辆动态特性研究

为了提高轨道车辆的爬坡能力,齿轨车辆在传统轨道车辆的基础上加入了齿轮-齿轨啮合系统。针对目前世界上的齿轨铁路系统种类较多,其配备齿轮-齿轨啮合系统多样性所导致的齿轨车辆动态特性差异的问题,本文在解析齿轮-齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮-齿轨啮合冲击,建立了两类Strub系统、双排齿Abt系统以及Locher系统四种不同形式的齿轨车辆动力学模型,并对模型进行了实验验证;采用所建立的模型,分析了齿轨车辆以不同速度在坡道啮合路段运行时的齿轮-齿轨啮合行为,并探究了线路不平顺对齿轨车辆齿轮-齿轨啮合中心距误差的影响;在此基础上研究了齿轨车辆的轮轨作用以及车辆加速度,由此分析了齿轨车辆的安全性与平稳性。结果表明:不同形式的齿轨车辆动态特性存在显著差异,Locher系统齿轨车辆动态特性最佳;同轴Strub系统与双排齿Abt系统的齿轮啮合行为较差且受线路不平顺影响明显,齿轮-齿轨啮合力最大冲击值达20.3 kN,啮合中心距误差达3.73 cm;同轴Strub系统与双排齿Abt系统车辆安全性较差,双排齿Abt系统的轮轨垂向力最大达51.7 kN;异轴Strub系统的车辆平稳性最差,最大车体垂向加速度为0.033 m/s2,平稳性指标为1.27。

重心偏置下齿轨车辆系统的动态行为

针对大坡度下车辆动态特性受齿轨车辆重心偏置影响的问题,在解析齿轮齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮齿轨啮合冲击与轮轨动态接触行为的扰动效应,建立齿轨系统车轨耦合动力学模型,并经过现场实验验证了模型的有效性;采用所建立的模型,探究平直段以及坡道段车体重心横纵偏置对驱动齿轮动态接触行为以及齿轨车辆运行安全平稳性的影响。结果表明:齿轨车辆存在重心偏置时,齿轮齿轨啮合激扰对车辆运行特性有显著影响;车体重心横向偏置对轮轨垂向力与轮重减载率呈线性影响,当重心横向偏置达到0.3 m时,轮轨垂向力达到75 kN,轮重减载率达到0.44;轮轨作用力除受车体重心偏置作用产生增减载外,亦受齿轮齿轨动态啮合影响产生剧烈振动;轮重减载率、车体垂向加速度与车体平稳性对车体重心纵向偏置较敏感,当车体重心后置0.2 m时,平直段的车体垂向加速度增大1.8倍,坡道段增大3.7倍,车体重心后置1 m时,车体平稳性达到最优。研究结论可为我国山地齿轨铁路设计及安全运维提供理论支撑。

齿轨车辆牵引电机布置模式及系统耦合振动特性

为探究牵引电机布置模式对齿轨车辆动态特性及齿轮-齿轨啮合特性的影响,在考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为及其动态时变激扰和轮轨非线性接触关系的条件下,分析了不同电机布置模式下的车辆动力学特性。以Strub齿轨系统为原型,建立了齿轨车辆-轨道垂纵耦合动力学模型,研究了三种不同电机驱动形式对齿轨车辆动态特性的影响规律,并在此基础上提出了适用于齿轨车辆的牵引电机布置方案。研究表明:牵引电机双置工况下齿轮啮合力和垂向、纵向振动加速度更小;其中电机双置时齿轮齿轨啮合力约为电机后置和前置时的50%,平直段齿轮垂向和纵向加速度的最大幅值差分别为4.04和6.01 m/s^(2),爬坡段电机后置时齿轮振动加速度最大,其垂向、纵向加速度幅值比电机双置时大45%;平直线路上电机后置与前置时齿轨车辆的舒适性较好,而爬坡段牵引电机双置模式下更好;鉴于齿轨车辆主要应用于爬坡线路,且爬坡时电机双置齿轨车辆的动力学指标最好,因此建议牵引电机双置为最优布置模式。

大模数齿轮齿条副均匀磨损弯曲强度分析及验证

针对齿面磨损条件下大模数齿轮齿条啮合时的齿轮齿根弯曲强度问题,以三峡升船机齿轮齿条传动副为研究对象,搭建立式齿轮齿条起升机构工况模拟实验台,通过齿轮变位方法分析沿齿廓载荷、磨损后齿轮齿厚等相关参数的变化,对正常、1/12磨损、1/6磨损和1/4磨损的齿轮齿根弯曲应力进行解析计算和实验验证。结果表明:齿轮弯曲应力随着磨损加剧和载荷的增大而增大,单齿啮合区间的弯曲应力比双齿啮合区显著增大,单齿啮合占比时间随着磨损量的增加而增加,表明齿轮磨损劣化了传动系统工况,加速了传动系统的性能退化过程。通过对单、双齿段啮合弯曲应力进行定量分析,解析计算与实验验证的误差最大值为4.02%,处于较低水平,2种方法的结果相互验证,保证了分析的正确性和精度。

齿轮偏心对齿轨车辆动力学性能影响研究

为研究齿轮偏心对齿轨车辆动力学性能的影响,基于齿轮齿条传动原理与车辆动力学理论,使用SIMPACK软件建立了齿轨车辆多体动力学模型,研究了齿轮不同偏心量下的齿轮动态特性以及齿轨车辆直线运行平稳性和曲线运行安全性。仿真结果表明,齿轮齿条间的啮合冲击随齿轮偏心量的增加而逐渐增大,进而加剧车体的振动,使得齿轨车辆的直线运行时,车体振动加速度与平稳性指标增大,但相对横向振动,齿轮偏心对车体垂向振动影响更为明显。此外随齿轮偏心量的增加,齿轨车辆通过曲线时的脱轨系数和轮重减载率也有所增大。

齿轨列车轮对-轨道耦合动力学研究

基于显式有限元法建立齿轨列车轮对-轨道有限元分析模型,针对齿轨列车运行具有较大影响的轨道坡度、列车运行速度、轮轨摩擦因数以及牵引系数等关键参数进行研究,重点分析上述参数变化对齿轮齿条、轮轨间垂向接触力与牵引力的影响。结果表明:轨道坡度重力作用对齿轨列车轮对-轨道系统啮合振动具有抑制作用,同时坡度增加,轮轨黏着作用逐渐减弱,因此齿轮齿条承载增加,轮轨承载减小;随牵引系数增加,齿轮承载增加,齿条接触力随牵引转矩增长而增大,而轮轨垂向接触力受其影响并不明显;随着运行速度增长,齿轮与车轮周向速度差增加,使得齿轮齿条间啮合振动加剧,即轮轨与齿条接触力波动范围增加。建议将齿轨列车大坡度路段运行时速度控制在10~15 km/h。

单驱动多点啮合齿轮齿条传动轮齿干涉问题研究

齿轮齿条机构的承载能力受齿面接触强度制约,为提高其承载能力采用多对齿轮与单根齿条啮合,为简化传动系统结构,提出了单驱动多点啮合齿轮齿条传动机构,该机构具有承载能力强、体积小、质量轻、成本低等特点。但该机构存在轮齿干涉问题,为解决该问题进行了轮齿干涉量研究,并基于轮齿变位可改变中心距的特性,采用变位系数补偿法解决轮齿干涉问题。对变位后的齿轮齿条机构进行了轮齿受力分析,结果表明,轮齿无干涉,且受力均匀。轮齿干涉问题的解决,极大地提高了齿轮齿条传动的承载能力,使得齿轮齿条传动可以用于重载工况。

国家会议中心二期开合屋面传动系统技术研究与应用

国家会议中心二期项目开合屋面的传动系统技术应用为国内首创,驱动系统采用齿轮-齿条机构和浮动啮合驱动装置,最大的开合屋面45 m×10.5 m,重达约55 t,由7个动力系统同步驱动。机械及电气控制系统的重复运动定位精度达到3 mm范围,保证达到同步精确要求;轨道凹坑设计,实现屋盖竖向提升,解决密封胶条的压紧与松弛。开合屋面即能满足下面花园自然通风,又可达到消防排烟功能。

山地齿轨列车轮齿啮合噪声特性分析

基于刚度激励轮齿产生振动辐射噪声的机理,本文采用COMSOL Multiphysics建立山地齿轨列车轮齿啮合振动噪声简化预测模型,开展轮齿啮合时变刚度、轮齿啮合接触力、齿轮齿轨啮合振动辐射噪声的预测分析,揭示了山地齿轨列车齿轮、齿轨啮合振动噪声的形成机理及特性。研究结果表明,轮齿啮合过程中同时参与啮合的轮齿对数随时间做周期变化,从而形成了轮齿啮合刚度激励,因此轮齿啮合接触力和齿轮、齿轨的噪声频谱均呈现较明显的谐频振动特性,谐频频率为齿轮单个齿啮合频率(约56Hz)的整数倍;除谐频振动引起的噪声峰值外,齿轮噪声频谱还在720Hz、2 040Hz、3 650Hz、4 410Hz频率处存在非常显著的峰值,其主要来源于显著的齿轮模态振动;2 200~3 000Hz频率范围内齿轨噪声较显著,其可能原因是该频率范围内齿轨存在较密集的振动模态。

旋转内模双色模设计

在模具的生产和制造中,普通注塑机通常只能生产一种颜色的塑料制品,而不能进行双色注射。而双色注射成型是指将两种不同的材料注射到同一副模具中,从而实现由两种材料形成的注射成型过程,一般方法是使用两台注塑机或双色注塑机成型。通过介绍一套利用旋转内模原理成功实现普通注塑机生产双色模具的产品设计与分析,为这类塑料制品模具设计提供参考,提高双色模具在注塑机上的适应性,降低成本。

自升式海洋平台升降装置自动润滑系统的设计与应用

目前国内船厂在建的自升式海洋平台,大多采用齿轮齿条式升降装置,也有部分配备了自动润滑系统,但由于设计或者选型不当等问题,导致自动润滑系统形同虚设,最后不得不转为人工涂抹润滑油脂。本文主要介绍齿轮齿条式海洋平台的升降装置的自动润滑系统的工作原理、设计要点和安装方法等,为此类平台的升降装置在作业时,提供一套完整、高效、系统的自动润滑技术解决方案。

刀具形貌对交错轴变厚齿轮传动接触特性影响分析

从刀具修形角度出发,将抛物线型齿条刀具引入到变厚齿轮传动中,通过建立抛物线型齿条刀具的法向截面数学模型,以滚削加工理论为基础,推导了抛物线刀具加工变厚齿轮的齿面方程;采用轮齿接触分析方法,研究不同几何设计参数下,抛物线刀具对齿轮副TCA(轮齿接触分析)和LTCA(承载接触分析)的影响;建立交错轴变厚齿轮副啮合模型,研究抛物线修形前后不同FPD角(第一主方向角)对齿轮副的接触特性的影响规律,并分别对比抛物线修形前后的接触迹线、齿面接触力、传递误差、齿根应力和啮合印痕的数据.结果表明,抛物线型齿条刀具对加工变厚齿轮具有一定的优越性,本文研究可为变厚齿轮传动的修形方法提供新的思路.

转向器异响及优化设计

转向异响是转向器故障的常见的故障,引起故障原因主要有设计不合理、制造过程不符合工艺引起。本文为对生产过程中不符合工艺引起的一种异响进行原因分析和优化,从而解决异响问题。

齿轮齿条的接触应力研究

为了研究齿轮齿条传动的接触应力,运用齿轮承载能力计算方法中接触应力的计算公式,实例计算了一对齿轮齿条啮合时的接触应力,并运用ANSYS有限元分析软件建立了齿轮齿条有限元模型,分别求解了不同啮合位置的接触应力。其中单啮合时的计算结果与理论计算值非常接近,表明所建立的静力学模型有良好的分析精度,同时得出单啮时的接触应力远远大于双啮时的接触应力的结论。

大齿轮齿形在机测量原理与技术

在机测量大齿轮齿形误差具有广阔的发展前景。本文分析了大齿轮齿形误差在机测量的关键问题 ,提出了运用齿条刃边测头与被测齿轮横截面进行啮合的测量方法 ,既能测量齿轮的端截面齿形误差 ,又使测量仪器结构紧凑。在分析影响大齿轮齿形在机测量的诸误差因素的基础上 。

不同粗糙纹理对齿轮齿条热弹流润滑的影响

将齿轮齿条的传动模型简化为圆柱与无限大平面之间的运动,建立考虑齿轮和齿条齿面粗糙纹理影响的齿轮齿条传动的热弹流润滑模型。采用牛顿流体,压力求解采用多重网格法,弹性变形采用多重网格积分法,计算得到不同粗糙纹理下的压力与膜厚,并与光滑表面进行比较,同时比较考虑热效应与等温情况下的压力与膜厚。计算结果表明:受粗糙纹理的影响,齿轮齿条传动机构的压力、膜厚和温升出现波动,最小膜厚变薄;矩形和三角形粗糙纹理表面粗糙峰和粗糙谷内都会形成局部的弹流现象,产生局部压力峰;考虑热效应时粗糙纹理表面的温升呈现波动,而压力和膜厚的波动幅度更大,考虑热效应的齿轮齿条传动机构的弹流润滑分析更符合工程实际。