裂纹故障下细高齿齿轮齿根动应变研究

为探究裂纹故障对细高齿齿轮齿根动应变的影响规律,采用集中质量法建立齿轮系统动力学模型,将故障下的时变啮合刚度作为输入,对系统动力学方程进行求解得到不同裂纹深度下的齿轮副动态啮合力。利用有限元法建立含裂纹故障齿轮结构动力学分析模型,结合轮齿承载接触分析确定裂纹故障下的齿间载荷分配关系,采用瞬态分析得到齿根应变时域历程,并对不同裂纹深度下的齿根动应变进行分析。仿真结果表明,当从动轮发生裂纹故障后,其齿根动应变故障特征主要表现为啮合区内齿根应变数值的变化,主动轮齿根动应变故障特征主要表现为齿根应变时域历程中出现周期性冲击及幅值衰减,在1.5 mm裂纹深度下主动轮齿根应变峰值因子相对变化量达到12.72%。

齿根裂纹扩展对轮齿时变啮合刚度变化关系的分析

针对齿根裂纹扩展与时变啮合刚度的理论值与实际值偏差较大的问题,该文基于能量法对传统的时变啮合刚度模型进行优化,以获得理论时变啮合刚度的变化规律与实际情况接近。在传统理论时变啮合刚度理论模型的基础上,考虑轮齿的Hertz接触刚度、径向压缩刚度、轮齿的弯曲刚度和轮齿的剪切刚度,以及轮体的柔性变形量等因素,对传统的理论刚度模型进行改进。再采用能量法计算,验证改进的理论模型对健康轮齿、齿根裂纹扩展程度和裂纹扩展角度这3种不同状态下,获得轮齿时变啮合刚度的变化规律。研究结果表明,经改进后的理论刚度模型,计算得出时变啮合刚度变化规律的一致性较好。并且,得出时变啮合刚度值的大小,随着齿根裂纹故障严重程度的增大而减小,随着齿根裂纹扩展角度增大而增大。

热牙胶充填法与冷侧方加压法在牙隐裂伴牙髓病变根管治疗中的应用效果对比

目的:对比热牙胶充填法与冷侧方加压法在牙隐裂伴牙髓病变根管治疗中的应用效果。方法:选取2019年1月—2023年12月靖江市人民医院收治的牙隐裂伴牙髓病变患者80例为研究对象,采用随机数字表法分为对照组和研究组,各40例。两组均实施根管治疗,对照组采用冷侧方加压法进行根管充填,研究组采用热牙胶充填法进行根管充填。比较两组治疗总有效率、治疗满意度、咀嚼功能、牙周状况、生活质量。结果:研究组治疗总有效率高于对照组,差异有统计学意义(P=0.034);研究组治疗满意度高于对照组,差异有统计学意义(P=0.034);治疗后,两组咀嚼效率和咀嚼测试吸光度值高于治疗前,研究组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗后,两组菌斑指数、软垢指数、牙龈出血指数、牙周探诊深度低于治疗前,研究组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);治疗后,两组世界卫生组织生活质量测定简表评分高于治疗前,研究组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:在牙隐裂伴牙髓病变患者根管治疗中,应用热牙胶充填法进行根管充填的效果优于冷侧方加压法,有助于改善患者的咀嚼功能和牙周状况,提高生活质量及满意度。

考虑裂纹与磨损故障的齿轮传动系统动态特性分析

针对齿轮系统中同时出现裂纹与磨损故障时实现复合故障诊断较为困难的问题,提出了考虑齿廓磨损和齿根裂纹故障的齿轮传动系统动态特性分析模型。首先,基于Archard公式,建立齿轮传动系统磨损数值仿真模型,求解不同磨损周期下的齿廓磨损量;然后,通过势能法建立裂纹及磨损作用下的单齿啮合刚度计算模型,在双齿接触区考虑啮合齿对磨损量间的关系,结合变形协调,建立双齿啮合刚度计算模型;最后,采用集中质量法建立齿轮系统4自由度动力学模型,以含故障的时变啮合刚度为输入,使用Newmark-β法对动态响应进行求解,获得不同程度裂纹与磨损作用下的齿轮动态特性。实验结果表明:该模型能够较好反应复合故障中磨损与裂纹特征;与未考虑磨损后双齿区实际变形的裂纹与磨损复合故障模型相比,该复合故障模型双齿区刚度计算准确性提高了约22%,所提模型可为含磨损与裂纹的齿轮传动系统故障诊断提供有效的动力学补充。

根管治疗联合全冠修复治疗牙隐裂的效果分析

目的:探讨牙隐裂患者实施根管治疗联合全冠修复治疗的效果。方法:选取2020年8月—2022年8月临沂市兰山区人民医院收治的84例牙隐裂患者作为研究对象,采用随机数字表法分为观察组与对照组,各42例。对照组给予高嵌体根管治疗,观察组给予根管治疗联合全冠修复。比较两组治疗效果、咬合功能、咀嚼功能及并发症发生情况。结果:观察组治疗总有效率高于对照组,差异有统计学意义(P=0.048)。治疗后,两组最大咬合接触面积、最大咬合力大于治疗前,且观察组大于对照组,两组咬合力不对称指数小于治疗前,且观察组小于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组龈沟出血指数、牙龈指数低于治疗前,且观察组低于对照组,两组咀嚼效率高于治疗前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组并发症总发生率低于对照组,差异有统计学意义(P=0.026)。结论:根管治疗联合全冠修复治疗牙隐裂的效果良好,可改善患者咬合功能与咀嚼功能,降低并发症发生率。

大齿数裂纹直齿轮时变啮合刚度算法研究

针对齿数大于41的直齿轮,基于切齿几何和齿轮啮合原理,明确渐开线齿廓起点和渐开线与基圆交点的区别,引入过渡曲线参数方程,对基于能量法的时变啮合刚度计算公式进行改进,全面建立了不同裂纹水平的故障轮齿模型。在此基础上,以斜线作为有效齿厚削减限制线,使得裂纹轮齿模型更严格、考虑因素更全面。参考有限元法计算结果,分别讨论了模型修正、裂纹程度、有效齿厚削减限制线具体形式等因素对时变啮合刚度的影响。计算结果表明,未修正轮齿模型会导致大齿数裂纹齿轮时变啮合刚度计算结果偏小;啮合刚度降低程度随裂纹水平的增大而不断增加。根据裂纹水平给出了有效齿厚削减限制线的建模建议:当裂纹水平较低时,有效齿厚削减限制线宜采用直线;当裂纹水平较高时,采用直线会产生较大误差;采用斜线不仅便于计算,同时能够满足计算精度需求,具有更强的实用性。

基于有限元模型的裂纹故障齿轮系统动力学响应分析

为更好地揭示齿根裂纹故障对齿轮系统动力学特性的影响,开展了“故障机制分析—齿轮系统建模—裂纹故障试验”的全过程研究。首先,考虑更为真实的齿根过渡曲线和有效齿厚削减限制线,建立了更严格的裂纹轮齿模型,对传统势能法求解啮合刚度进行改进,研究了6种不同深度裂纹的刚度变化;其次,针对传统集中参数模型的不足之处,基于Timoshenko梁单元理论建立了齿轮-转子系统有限元动力学模型;最后,采用Newmark-β法求解正常/不同深度裂纹故障的齿轮系统的动力学响应,考虑转速的影响,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,齿根存在裂纹时,加速度响应存在周期性冲击特征,频域中的边频带现象出现在啮合频率及其谐波附近;冲击成分在时域和频域中的强度与裂纹深度、转速均成正相关关系。仿真结果和实测信号表现出一致特征,验证了该方法的正确性。

复合故障状态下行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性研究

目前,国内外学者对齿轮-转子耦合系统的动力学特性进行了研究,但是上述研究均没有考虑行星齿轮-转子复合故障状态。为此,以单级行星齿轮箱为例,通过构建含转子偏心和齿根裂纹故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型,对复合故障状态下的行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性进行了仿真分析和实验研究。首先,采用了集中参数法和Timoshenko梁理论,考虑了时变啮合刚度、支撑刚度、阻尼、陀螺效应、传动轴柔性等因素,建立了含转轴偏心-齿根裂纹复合故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型;然后,采用了时间历程、频谱、轴心轨迹及相轨迹等方法,并根据其数值分析了不同故障对系统动态特性的影响,研究了偏心状态下裂纹扩展对系统振动响应特性的影响;最后,采用不同裂纹故障测试实验,验证了模型的准确性。研究结果表明:转轴偏心对啮合振动的影响显著,在行星轮系故障特性的分析中不可忽视;偏心-裂纹耦合影响下,系统振动响应由不平衡振动、正常啮合振动、故障冲击振动多源耦合而成,频谱中出现了转频f_( r)、啮合谐波kf _(m)以及复杂边带成分kf _(m)±f _(r)、kf _(m)±f _(r)±nf _(sc),并且随着裂纹程度的加大,调制现象更加明显。该研究结果可以为行星齿轮-转子系统复合故障诊断提供一定的理论依据。

全冠修复联合根管治疗牙隐裂伴慢性牙髓炎的效果分析

目的探讨全冠修复联合根管治疗牙隐裂伴慢性牙髓炎的效果。方法方便选择2018年5月—2022年1月江苏盛泽医院治疗的牙隐裂伴慢性牙髓炎患者67例,按照治疗方式的不同分成两组,将常规根管治疗后树脂充填的患者33例设为对照组,将常规根管治疗后全冠修复的患者34例设为观察组。统计对比两组患者治疗效果、牙周指数、牙龈指数、咀嚼效率、咬合功能、并发症发生情况。结果观察组治疗总有效率优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,观察组牙周指数、牙龈指数均低于对照组,咀嚼效率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,观察组最大咬合接触面、最大咬合力均高于对照组,咬合力不对称指数低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论牙隐裂伴慢性牙髓炎患者应用根管治疗后联合全冠修复的效果十分确切,有助于进一步改善患者咀嚼功能与咬合功能,且无严重并发症。

一次性根管充填在隐裂牙伴牙髓炎中的应用效果

目的探讨一次性根管充填在隐裂牙伴牙髓炎中的应用效果。方法选取2020年1月至2021年12月吉安市第一人民医院收治的86例隐裂牙伴牙髓炎患者作为研究对象,采用随机数字表法将其分为试验组与参照组,每组各43例。试验组采用一次性根管充填治疗,参照组采用多次根管充填治疗。比较两组患者治疗前后的视觉模拟评分法(VAS)评分、治疗效果、不良反应发生率。结果治疗前两组患者的VAS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05);治疗后试验组VAS评分低于参照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,试验组不良反应总发生率低于参照组,差异有统计学意义(P<0.05)。试验组治疗总有效率高于参照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在隐裂牙伴牙髓炎患者的临床治疗中应用一次性根管充填治疗的效果显著,能提升患者的治疗效果,降低不良反应发生率,值得推广。

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。

变载荷激励下齿轮传动系统齿根裂纹故障动力学特性分析

根据齿轮裂纹会引起齿轮系统的时变啮合刚度变化这一特性,建立了含齿根裂纹故障单级齿轮传动系统的四自由度动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行了研究。采用变步长的四阶龙格—库塔法对齿轮裂纹故障进行仿真分析,运用时频分析方法研究了裂纹信号特征,为齿轮裂纹故障诊断提供了理论支持。在此基础上,分析了齿轮裂纹在变载荷激励下的动力学特性。分析表明:在变载荷激励下,齿轮振动波形图与变载荷激励变化趋势极其相似,裂纹的存在引起波形图上出现冲击现象并且啮合频率及其倍频附近出现边频带,边频带为故障齿轮的转频;变载荷激励下,低频的边频成分明显只与外载荷激励有关,与齿轮故障无关。

嵌入式传感器的齿轮裂纹故障诊断

针对传统的齿轮箱体振动信号的故障诊断,提出了一种新的测试方法,即把传感器直接安装在齿轮箱体内的齿轮体上,缩短了振动信号的传递路径,有效降低了振动信号在传递过程中幅值衰减,能诊断出齿轮传动系统的早期故障。为验证该方法的有效性,对齿根2 mm裂纹的故障齿轮传动系统进行了动力学仿真和实验验证,结果发现从齿轮体上的振动信号中能成功诊断出齿轮裂纹的早期故障,而箱体上的振动信号则不能体现故障特征。这充分说明了振动信号在经过复杂的传递路径后导致幅值衰减和频率成分丢失,微弱的故障信息被削弱。这为齿轮箱的早期微弱故障的诊断提供了一种有效的方法。

裂纹齿轮啮合刚度的劣化特性

基于轮齿的变截面阶梯悬臂梁假设,综合考虑轮齿弯曲、基础变形、接触变形等因素,首先,建立了健康齿轮时变刚度的计算模型,利用解析法与有限元仿真对比研究,获得了健康齿轮啮合刚度的分布曲线;然后,基于线弹性断裂力学前提下的齿根裂纹扩展路径,建立了包含不同尺度裂纹的有限元模型;最后,针对不同长度的裂纹齿轮,计算获得了1.5个啮合周期内的刚度曲线,从而建立了裂纹尺寸与刚度劣化特性的影响关系。通过对比单、双齿不同啮合区内的劣化规律,表明单齿啮合区由于单齿承载,其劣化程度明显高于双齿啮合区。此外,啮入阶段与啮出阶段的双齿啮合区劣化特性也存在一定差异。

FA-PMA-VMD方法及其在齿根裂纹故障诊断中的应用

针对变分模态分解(VMD)中难以确定分解分量个数k和惩罚参数α的问题。提出一种改进的变分模态分解方法—基于萤火虫算法及主模态分析法的变分模态分解(FA-PMA-VMD)方法。该方法用主模态分析(PMA)对VMD分解的带限内禀模态函数(BIMF)分量进行排序;用萤火虫算法对变分模态分解的最佳影响参数[k,α]组合进行搜索,以新提出的正交低峰值作为萤火虫算法的优化目标,得到的最佳的惩罚参数α和分量个数k组合;根据预先设定的故障特征参数自适应地将信号分解为k个BIMF分量。通过对仿真信号和齿轮齿根裂纹实际故障信号进行分析,分析结果表明FA-PMA-VMD具有良好的分解效果。

齿根裂纹对应力强度因子影响的研究

采用FRANC3D软件分析了三维齿轮Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹应力强度因子的分布规律,并考虑载荷、裂纹形状、裂纹大小、裂纹位置和划分网格粗细对应力强度因子的影响。结果表明:Ⅰ型裂纹对应力强度因子影响最大;载荷、裂纹大小、不同裂纹位置和划分网格的粗细对应力强度因子的影响曲线呈两端大中间小的对称分布规律;对于裂纹形状,当椭圆长轴小于或等于短轴时,曲线呈两端大中间小对称分布规律,当椭圆长轴大于短轴时,曲线呈现两端小中间大的对称分布规律。对度量、控制裂纹体的断裂情况和寿命估算有一定的理论基础。

多齿根裂纹对齿轮传动时变啮合刚度的影响

时变啮合刚度是影响齿轮传动振动特性的重要参数,常用于基于振动的齿轮传动裂纹诊断。为深入研究齿轮裂纹诊断问题,旨在研究齿根裂纹对齿轮传动装置时变啮合刚度的影响。首先,基于齿轮所受转矩和啮合齿轮转角变形量,推导出齿轮传动装置的时变啮合刚度理论模型。然后,以渐开线标准直齿圆柱齿轮为对象,建立含齿根裂纹齿轮传动副有限元模型,提出基于有限元方法的齿轮传动时变啮合刚度计算方法。最后,通过数值算例讨论了一个啮合周期内齿根裂纹对单对轮齿啮合和两对轮齿啮合时啮合刚度的影响。结果表明,两对轮齿啮合时,双裂纹参与啮合不仅降低啮合刚度,而且远大于单裂纹对啮合刚度的影响;与单裂纹参与啮合相比,随着双裂纹的裂纹深度增加,啮合刚度的下降率增大;增加裂纹深度时,两对轮齿啮合时啮合刚度峰值与单裂纹单对齿啮合时啮合刚度峰值的差距缩小;组合裂纹参数下两对轮齿啮合时,因为轮齿参与啮合顺序不同,裂纹深度对齿轮啮合刚度的影响明显不同。研究结论可为基于振动特性的含多裂纹的齿轮传动裂纹诊断提供理论支撑。

基于PCA和灰色关联的齿根裂纹损伤程度识别

在齿轮齿根裂纹故障检测方面,利用倒频谱分析可以比较损伤程度的轻重,但很难具体量化损伤程度范围。为实现损伤程度的量化检测,提出采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与灰色关联分析(Grey Relational Analysis,GRA)相结合的方法。首先,利用能量法计算含不同齿根裂纹的齿轮副时变啮合刚度,分析不同损伤程度的响应,并结合损伤检测统计指标进行量化检测,通过PCA算法,对多维损伤检测统计指标进行降维优化后,计算待检目标序列与各个比较状态序列的关联度,用关联度表征裂纹损伤程度。在理论仿真的基础上,进行实验验证。结果表明,倒谱分析可有效地识别出齿根裂纹故障,损伤程度越大,倒谱的尖峰幅值越大。PCA与GRA结合算法与GRA算法计算的关联度相比更大,区分度也更加明显。并可以有效地量化待检目标的损伤程度,为齿根裂纹的定量识别提供理论依据。

超声冲洗应用于老年人隐裂牙牙髓炎一次性根管充填治疗术的临床评价

目的:对超声冲洗应用于老年人隐裂牙一次性根充治疗术的临床疗效进行评价。方法:对110例老年患者110颗牙按就诊顺序随机分为实验组和对照组。两组均采用手用镍钛Protaper根管预备后,实验组:57颗患牙进行超声根管冲洗,一次法完成根管充填治疗。对照组:53颗患牙进行注射器冲洗,一次法完成根管充填治疗。冲洗液均为0.9%生理盐水。观察根管充填一周后的术后疼痛反应及一年后充填疗效。结果:1周后复诊两组术后疼痛反应有显著性差异(P<0.05)。术后1年复诊,2组疗效无明显差异(P>0.05)。结论:超声冲洗对于治疗老年人隐裂牙牙髓炎一次法完成根管充填,短期内可减少患者复诊次数,缩短疗程,同时提高根管充填质量,值得临床推广使用。

牙隐裂病因分析与临床治疗

目的:探讨牙隐裂的临床治疗及其影响因素。方法:对44颗隐裂患牙根据其临床表现不同,分别采用活髓全冠修复(5颗)、根管治疗前即刻暂时冠修复+根管治疗后全冠修复(6颗)、大量调+根管治疗后全冠修复(25颗)、桩核冠修复(6颗)及冠延长术+桩核冠修复(2颗)等不同的治疗方法,治疗后追踪0.5-5年。结果:修复后的成功率84.1%,临床疗效受多种因素的影响,其中隐裂纹的深度、隐裂纹涉及的边缘嵴数、牙周袋的深度均影响治疗的成功率。结论:针对不同程度的牙隐裂,采取不同的临床治疗方法是治疗成功的关键。