Analysis of Stresses and Deflection of Sun Gear by Theoretical and ANSYS Method

Gearing is one of the most critical components in mechanical power transmission systems. This article examines the various stresses and deflection developed in sun gear tooth of planetary gearbox which is used in Grabbing Crane. Article includes checking sun gear wear stresses and bending stresses using IS 4460 equations. Also calculate various forces acting on gear tooth. In this study, perform the calculation for sun gear tooth to calculate bending, shear, wear & deflection using theoretical method. 3D model is created of circular root fillet & trochoidal root fillet of gear tooth for simulation using ProE Wildfire 3. In Pro-E, the geometry is saved as a file and then it is transferred from Pro-E to ANSYS 10 in IGES format. The results of the 3 D analyses from ANSYS are compared with the theoretical values. Comparison of ANSYS results in circular root fillet & trochoidal root fillet also carry out.

Profile Modification for Increasing the Tooth Strength in Spur Gear Using CAD

This paper examines the tooth failure in spur gears. Corrective measures are taken to avoid tooth damage by introducing profile modification in root fillet. In general, spur gear with less than 17 numbers of teeth had the problem of undercutting during gear manufacturing process which minimizes the strength of gear at root. In this study, a novel design method, namely circular root fillet instead of the standard trochoidal root fillet is introduced in spur gear and analyzed using ANSYS version 11.0 software. The strength of these modified teeth is studied in comparison with the standard design. The analysis demonstrates that the novel design exhibit higher bending strength over the standard trochoidal root fillet gear. The result reveals that the circular root fillet design is particularly suitable for lesser number of teeth in pinion and where as the trochoidal root fillet gear is more opt for higher number of teeth.

重载齿轮箱提高抗冲击载荷方法

主要探讨如何在有限的空间内提高重载齿轮箱的传动性能,延长齿轮箱的服役寿命。在不改变啮合齿轮副的传动特性情况下,经过齿根喷丸强化增加齿根许用弯曲应力值,通过改变齿轮副顶隙系数的情况下,降低齿轮弯曲应力值这两种方法提高齿轮抗冲击强度23%左右,极大提高重载齿轮箱齿轮副抗冲击载荷能力。

多向角焊缝连接矩形钢管的抗弯特性研究

多向角焊缝是角焊缝的重要组成部分,目前对角焊缝研究主要集中于单向角焊缝,较少涉及到均由斜向角焊缝组成的多向角焊缝,因此,本文以福州地铁6号线营前站幕墙龙骨节点为工程背景,设计制作3根多向角焊缝试件,采用有限元软件建立试件同类型模型,再考虑焊缝长度及段数等因素,基于CSA S16-14规范提出的多向角焊缝强度折减系数,推导出正应力和剪应力组合作用下组合应力理论计算公式。结果表明:合理加长中连接板和焊缝长度会降低延性,但对于提高承载力效果显著,约为0.8~2.5倍;合理的焊缝倾斜角度和焊脚尺寸等参数对此类结构跨中截面承载力有影响,相比而言后者的影响更显著;多向角焊缝与单向角焊缝形态和受力上存在差异。本文研究结果表明对多向角焊缝的研究具有重要意义,多向角焊缝的研究能为工程节点设计及安全性分析提供理论基础和指导。

复杂截面冷弯成形圆角减薄率工艺优化研究

目的针对复杂截面车门中导轨冷弯成形过程复杂、道次繁多、Z字筋圆角减薄率过大等问题,基于车门中导轨冷弯成形工艺,优化Z字筋圆角冷弯成形工艺和减薄率。方法利用COPRAFEA有限元仿真软件对车门中导轨成形过程进行分析,研究轧辊圆角半径、成形速度、成形策略等对圆角减薄率的影响,结合有限元分析手段不断优化工艺参数来实现中导轨Z字筋圆角精确成形,最终提出最优工艺方案并进行实验验证。结果对于大圆角成形工艺,圆角处弯曲中性层完全位于料厚范围内,在料厚方向上既有压应力又有拉应力,壁厚减薄量较小;对于小圆角成形工艺,圆角处中性层偏出内弧面,在料厚方向上均受拉应力,壁厚只存在减薄的趋势。实验结果表明,Z字筋圆角厚度由1.33mm变成1.46mm,减薄率由原来的26.1%降低至18.89%。仿真结果表明,Z字筋圆角厚度由1.29 mm变成1.52 mm,减薄率由原来的28.3%降低至15.6%。对比仿真结果与实验结果可知,仿真分析最大误差为4.1%,仿真结果具有一定的可靠性。结论最优工艺路线如下:采用大圆角、慢速成形,成形策略为中前期大圆角成形+后期小圆角成形,成形圆角半径分别为4.5、3.5、2.8、1 mm,弯折角度分别为45°、65°、78°、90°,该方案可以有效解决圆角减薄率过大的成形缺陷。

压裂泵组合式人字齿结构轮齿修形研究

组合式人字齿轮的变形及误差会降低齿轮传动啮合性能,针对这一问题,以某型号压裂泵动力传动系统组合式人字齿轮副为例,对组合式人字齿的传动啮合特性进行了理论强度计算、误差分析、仿真修形及实验研究。首先,分析了该齿轮副的结构形式,计算了该传动系统人字齿轮副的接触及弯曲疲劳强度,并分析了影响齿轮接触及弯曲疲劳强度的因素;然后,对该齿轮结构的误差形式及补偿措施进行了分析讨论,并对齿轮轴的变形及齿部修形特性进行了理论分析;最后,基于KISS soft软件计算出了齿廓的修形量,通过对比不同修形量对齿轮副的传动误差、接触应力及啮合斑点的影响,得出了最优的修形参量,并进行了实验验证。研究结果表明:轮齿修形补偿了变形及误差对齿轮传动特性的影响,同时其传动误差峰值降低了38%,齿面线载荷降低了41.3%,齿面接触区沿齿向分布均匀化,传动啮合性能得到了较大的改善。

基于有限元法的采煤机法兰隔爆面斜圆角结构强度研究

大功率采煤机电控箱整体横向较长,前法兰横向跨度大,因此易出现应力集中,并且长期的形变会导致法兰折弯处产生疲劳,从而导致断裂现象。提出一种隔爆层面折弯处倒斜圆角结构,取代旧式的隔爆面斜角结构。利用有限元法,对该两种结构建立模型并力学仿真,得到斜圆角和斜角两种结构的法兰应力分布,以及形变分布,分析得出两种结构的法兰面应力集中位置大致相同,斜圆角结构的应力较斜角小了49 MPa,降低29%。并且对法兰折弯处斜圆角结构尺寸进行了参数优化计算,得出当斜角长度为50 mm、过渡圆角半径为55 mm时,法兰的集中应力最小并且最大形变也较低,实现了法兰折弯处结构的优化。

齿根等效应力的对比计算

目前设计一般的齿轮传动时,通常只按保证齿根弯曲疲劳强度以及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。由实践得知,对于齿面硬度很高,齿芯强度又低的齿轮或材质较脆的齿轮,通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。本文针对一对齿轮副的齿根等效应力先后采用仿真分析计算方法;第四强度理论计算方法;齿根弯曲疲劳强度的经典计算方法来计算齿根等效应力。发现在本文所设置的载荷条件下,仿真分析计算的结果和齿根弯曲疲劳强度的经典计算方法所得的结果相近。

齿间摩擦对斜齿轮齿根弯曲应力的影响

针对传统的齿轮强度理论不计齿间摩擦的观点 ,通过对渐开线斜齿减速齿轮机构中主动齿轮受力情况进行全面分析、研究 ,推导出齿间摩擦作用下主动齿轮齿根弯曲疲劳应力计算公式。研究表明 ,齿间摩擦对斜齿轮齿根弯曲疲劳强度的影响不容忽视。

无触角滚刀刀顶圆角半径的最佳选择

渐开线齿轮齿根过渡曲线是影响齿根弯曲应力的重要因素,该过渡曲线由滚刀刀顶圆角展成。为提高齿轮弯曲强度,采用不同半径的圆弧描述该圆角,并推导了最佳圆角半径的计算公式。运用ANSYS的APDL语言对不同半径圆角滚刀加工的齿轮进行了参数化有限元建模,并通过ANSYS/FE-SAFE软件对特定载荷下齿根弯曲疲劳进行了分析。结果表明,选择最佳的圆角半径可使齿根应力减小4.9%,弯曲强度提高43%。

偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法

结合微分几何及空间齿轮啮合原理,将偏心-高阶椭圆锥齿轮副的空间节曲线在曲率半径相等的条件下展开到平面上,推导出齿轮副当量节曲线的计算公式,获得啮合传动过程中的压力角。对轮齿进行受力分析,建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法,获得轮齿接触应力及弯曲应力随主动轮转角的变化规律,确定啮合过程中最薄弱轮齿的位置。分析偏心-高阶椭圆锥齿轮副主动轮偏心率、模数、主动轮齿数及从动轮阶数等结构参数对轮齿强度的影响。建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副有限元分析模型,利用五轴数控机床加工出齿轮副实体并搭建传动试验平台,通过有限元分析与传动试验,验证该齿轮副强度计算方法的正确性。

采用孔穴方法改变受载齿轮应力分布状态的研究

根据渐开线齿轮的齿廓方程,建立孔穴齿轮结构应力计算的有限元数学模型。在有限元分析的基础上,研究齿轮轮齿端面开孔对受载轮齿应力的影响。通过改变孔的大小、位置及数目来改变齿根应力的大小和分布状态,降低轮齿受拉侧齿根弯曲应力最大值,以延长齿轮的弯曲疲劳寿命。

常见齿轮过渡曲线对应齿轮弯曲应力的比较分析

为了全面而深刻地了解齿轮过渡曲线,延长齿轮的工作寿命,从齿轮加工刀具入手对常见齿轮过渡曲线对应的齿轮弯曲应力进行了有限元分析,并将常规齿轮弯曲应力计算中的齿轮单对齿啮合区上界点引入到有限元载荷计算中,以提高有限元计算精度,最后将有限元计算的齿轮最大弯曲应力点与齿轮危险截面弦齿厚进行了对比,以验证结果的正确性。研究表明,应用齿轮过渡曲线设计方法所生成的齿轮,不但使齿形描述方便,而且使弯曲应力的分析更加准确。

直齿端齿盘设计研究

针对直齿端齿盘设计方法的不足,研究直齿端齿盘几何参数计算与强度计算问题。根据直齿端齿盘几何量相等原理,提出直齿端齿盘几何参数计算公式,计算结果表明由新公式得到的端齿盘比现有几何参数计算公式得到的端齿盘承载能力更高。基于材料力学基本原理,推导出直齿端齿盘齿根弯曲应力解析计算公式,与有限元分析结果相对比,两者相对误差在5%以内。最后给出直齿端齿盘设计步骤、方法及算例。文中研究工作为直齿端齿盘精细设计提供基础。

基于ANSYS的齿根过渡曲线形状优化研究

渐开线齿轮齿根过渡曲线是影响齿根弯曲应力的重要因素。为提高齿轮的弯曲强度,采用有理二次贝齐尔(Bezier)曲线来描述刀顶曲线,运用ANSYS内嵌的一阶优化方法,以内权因子w1为设计变量、最大Von Mises应力为目标函数直接优化滚刀刀顶曲线来优化齿根过渡曲线,并通过30°切线法验证了优化结果的准确性,得出了齿根最大弯曲应力、刀顶曲线和齿根过渡曲线形状随内权因子w1的变化曲线。结果表明:w1=0.12时,齿根弯曲应力降低12.2%,仍能获得光滑的齿根过渡曲线和光滑的滚刀刀顶曲线。

少齿数齿轮变位系数的研究

文章对标准滚刀在最小变位系数下加工少齿数配对齿轮的齿顶厚和重合度进行了计算,推导了滚刀刀顶圆角半径与变位系数的关系,通过Ansys的APDL语言对根切和变位齿轮进行了参数化有限元建模及齿根弯曲应力分析。结果表明:采用标准滚刀选择避免根切的最小变位系数,使部分少齿数配对齿轮的重合度变小和齿顶厚变薄,无法满足使用要求;而增大滚刀刀顶圆角后的最小变位系数,既可避免根切保证较高的齿根强度,又能使重合度达到1.2和齿顶厚大于0.25m。

变位系数对齿轮齿根弯曲应力影响的研究

利用有限元法计算齿轮整个啮合过程的齿根弯曲应力,得到了不同变位系数与齿根弯曲应力的对应关系。分析结果表明,变位系数对于小齿轮齿根弯曲应力的影响较大,而对于大齿轮影响则较小。当变位系数在一定范围内变化时,齿根应力存在一个最小值。

安装误差对面齿轮承载传动性能的影响

为确定面齿轮传动合理的安装误差范围,有必要揭示安装误差与强度、承载传动误差的内在关系。本文在齿面接触分析(TCA)的基础上,用TCA输出的转角分别将小轮齿面和含有安装误差的面齿轮齿面装配到固定坐标系中,利用小轮、面齿轮齿面离散点的坐标建立两轮的有限元网格模型,并设置前处理条件以生成inp文件,将各转角下的inp文件批处理导入ABAQUS中,求解各个转角下的承载接触问题,获得了面齿轮传动的齿面接触应力、齿根弯曲应力、承载接触路径和承载传动误差。结果表明:安装误差对获得的承载传动性能参数均有明显影响,且影响规律与安装误差的方向有关,获得的承载传动性能参数均对轴夹角安装误差Δγ最敏感,初步确定了应力最大值、承载传动误差均值与安装误差的函数关系。本文为面齿轮传动安装尺寸的公差设计提出了计算方法。

双压力角非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力的有限元分析

推导出双压力角非对称渐开线齿轮系统全齿廓方程,以及在单、双齿啮合上、下界点处坐标和载荷角的计算公式,编制了相应的参数化程序.对实例的有限元分析表明非对称渐开线齿轮的齿根弯曲强度比对称齿轮有较大提高.计算结果揭示了由于时变啮合刚度的影响齿根弯曲应力在一个啮合周期的变化规律.

齿轮弯曲疲劳实验齿根应力的数值解析

针对齿轮弯曲疲劳强度实验,在双齿加载的齿轮轮齿脉动加载试验条件下,进行了齿根应力集的理论计算。对齿轮及夹具进行了建模,使用有限元分析软件ABAQUS,分析了直齿圆柱齿轮在加载作用下的的齿根应力。数值解析结果与理论计算结果基本相近,从而相互验证了经验公式和数值解析都能够用来预测齿轮弯曲疲劳实验齿根应力级。