Perturbation Theory Combined with Boundary Element Method for Analysis of Gear Contact Problems

This paper combines the perturbation theory with the boundary element methodfor contact problems of three-dimensional elasticity mechanism to analyse the effect oferrors on the shape of the contact area and pressure distribution in gear drive through theperturbation of a cubic order geometry,there by greatly bringing down both computationwork volume and cost and providing a powerful tool for engineering study on the effectof errors on structural strength.

DYNAMIC MODELLING OF BAR-GEAR MIXED MULTIBODY SYSTEMS USING A SPECIFIC FINITE ELEMENT METHOD

A new dynamic model for mixed, flexible bar and gear multibody systems is developed based on a specific finite element method, and a new gear element is proposed. The gear element can take into account the time variant stiffness, the gear errors and mass unbalance. The model for geared multibody systems can couple the gear meshing and the flexibility of all contained components. The kinematic and dynamic analyses of the geared multibody systems are expounded and illustrated on an example composed of three gears, two bars and one slider.

FINITE ELEMENT SOLUTION TO COUPLED THERMO－ELASTICCONTACT STRESS AND IMPACTRESPONSE OF MESHING GEARS

A mixed finite element solution of contact stresses in meshing gears is investigated with the consideration of coupled thermo-elastic deformation and impact behavior. A simulation procedure of finite element solution of meshing gears is developed. The versatility of the procedure for both numerical accuracy and computational efficiency is verified by numerical analysis of meshing gear teeth.

基于Solidworks的重载机器人肩部的建模与静态分析

为了提高机器人的肩部有效控制能力,设计了一个165 kg重载6自由度机器人肩关节.通过设计一个谐波减速器和一对直齿齿轮以降低转速和提升转矩,利用齿轮与轴的配合完成肩关节在平面内的旋转.选择110AEA12020-SH3交流伺服电机、SHG-45-100谐波减速器以及6011和6016深沟球轴承进行肩部旋转关节旋转方案的设计,并利用有限元法对传动系统主要部件的静力学强度进行分析.结果表明,该肩部旋转关节旋转方案设计合理,轴承与齿轮的静力学性能满足实际应用需求.

微型行星齿轮传动设计与分析

提出一种应用于某航空发动机中空气涡轮起动机的微型行星齿轮传动设计方案,对传动系统的构型进行结构设计、参数匹配;采用有限元分析软件ANSYS对其重要零部件进行强度校核,基于正交试验法对减速器结构进行优化,为微型行星减速结构在航空发动机起动机等航空产品中的推广与应用提供理论支撑。

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。

大型绿色智能型纯电动地坪磨抛车传动系统设计与分析

基于地坪工程装备正向纯电动、绿色化产业升级的时代背景,设计了一种基于面齿轮传动的高效、磨抛面广的新型纯电动地坪磨抛车传动系统。解决传统地坪磨抛机磨抛面积小、工作效率低、能耗高的问题。通过有限元软件仿真模拟验证传动系统设计的可靠性,为后续开展地坪磨抛车电控系统、循环除尘系统及样机制作提供了理论依据。

中心距误差对小模数齿轮接触与弯曲强度的影响

为探究小模数齿轮中心距误差对轮齿强度的影响,以及标准GB/T 3480—2021对含中心距误差小模数齿轮强度设计的适用性,推导了含中心距误差的重合度系数、齿廓系数与应力修正系数计算公式,建立了含中心距误差的小模数齿轮有限元接触模型,提出有限元接触模型网格密度的验证方法.对2种计算方法得到的不同中心距误差下接触与弯曲应力进行了对比研究,结果表明,接触区域齿廓有限单元宽度不超过Hertz接触半宽的1/3时,齿轮有限元接触计算精度较高;采用标准GB/T 3480—2021校核含中心距误差的小模数齿轮强度,将产生冗余设计;当中心距误差达到1.33%时,接触应力幅值的最大变化为4.23%,而弯曲应力幅值的最大变化达到了16.25%,中心距误差对小模数齿轮弯曲应力的影响比接触应力更为显著.

基于有限元柔性体理论的起落架落震仿真分析

以某飞机起落架为研究对象,研究落震动力学问题。根据前起落架的结构特性,利用多体动力学建模技术,建立前起落架多柔性体动力学(MFBD)模型,并进行落震仿真分析及非线性接触研究。采用落震试验数据对模型进行校验,仿真结果与试验数据较为吻合。通过分析缓冲器零件的变形,考虑接触因素的多柔体动力学模型能更真实反应实际情况,以最大降落速度工况进行落震仿真,同时对起落架关键零件进行强度校核,以及缓冲器内部零件进行非线性接触计算,求得不同材质的下凸轮及底托受到的垂向力与摩擦力,获得在物理试验中难以测量的数据,分析结果对起落架设计具有重要意义。

非圆行星齿轮马达流场仿真分析

为了研究非圆行星齿轮内部流场特性,建立非圆行星齿轮马达的几何模型和有限元模型,并对模型进行仿真参数设置及网格无关性验证。对非圆行星齿轮马达进行流场仿真分析,探究油膜位置流场速度变化规律,研究入口压力为5~20 MPa时Q100型、Q160型、Q250型非圆行星齿轮马达的流量及容积效率随压力的变化规律;此外针对Q250型非圆行星齿轮马达,探究油膜间隙分别为0.02、0.03、0.04 mm时的流量及容积效率随压力的变化规律。最后通过开展样机测试试验,验证仿真模型的准确性。结果表明:在相同的入口压力下,容积越大,容积效率越高;容积效率随着油膜间隙的增大而降低,当油膜间隙为0.02 mm、压力为5 MPa时,马达容积效率可达90.9%;试验和理论得到的容积效率与转矩关系曲线的变化趋势基本一致,最大误差仅为5.76%,验证了仿真模型的准确性。

20CrMnTi薄壁齿轮渗碳淬火过程有限元模拟与调控

对实际工况下20CrMnTi薄壁齿轮渗碳淬火过程利用有限元分析软件Deform进行模拟。结果表明,薄壁齿轮渗碳淬火后,渗碳层厚度为1.2 mm,淬火组织主要由马氏体和残余奥氏体组成,表面的残余奥氏体较心部的多4.2%,由于温度场的不均以及组织应力导致其径向产生9%的变形。齿轮表面和心部的残余应力分别为-256.5MPa和141 MPa。实际测得显示薄壁齿轮渗碳层厚度为1.15 mm,淬火后齿轮表面组织由针状马氏体+7%残余奥氏体+颗粒状碳化物组成,心部组织由低碳马氏体+1%残余奥氏体组成,齿轮表面残余应力为(-1078±168.2)MPa,径向最大变形量约7%,与模拟结果对应较好。为此针对薄壁齿轮热处理过程中因热应力与组织应力综合作用下内应力过大造成的变形,使其在不同部位同时冷却或采取径向约束的措施。

弧齿锥齿轮喷丸表面微观形貌仿真与试验验证

喷丸强化工艺能在弧齿锥齿轮表面及次表面引入残余压应力场,提高其疲劳寿命;但工程应用中经常出现不适当的喷丸参数,导致齿轮表面粗糙度显著增加,影响了齿面制造质量。为了准确预测与调控喷丸后齿轮表面微观形貌及表面粗糙度,基于离散元和有限元耦合的方法,提出了一种弧齿锥齿轮齿面喷丸工艺仿真计算方法,表面粗糙度预测与实测误差在20%以内,表明仿真预测方法具有准确性。基于该方法,以某弧齿锥齿轮为研究对象,研究了不同喷丸工艺参数与喷丸后齿面微观形貌的关联规律。研究结果表明,①随着喷丸时间增加,齿面三维粗糙度Sa先显著增加后缓慢下降;②当喷丸时间为50 s时,在本文的工艺参数下能达到满覆盖率;③弹丸速度与弹丸直径对齿面粗糙度均有较大的影响,但弹丸直径的影响更为显著。研究工作为喷丸后弧齿锥齿轮表面的微观形貌准确数值模拟与预测提供了方法基础,为合理制定喷丸工艺参数提供了技术参考。

基于改进响应面法的齿轮可靠性优化分析

为解决传统齿轮可靠性优化流程中引入的安全系数无法准确的反映齿轮可靠性水平以及在分析过程中无法找到各参数影响程度的问题,提出一种基于改进响应面与有限元相结合的可靠性优化分析方法。首先,采用改进响应面方法获取实验设计点,通过有限元软件获取实验数据建立设计矩阵;其次,通过MATLAB建立改进响应面方程,分析方程拟合优度;最后,将实验数据导入可靠性仿真模块进行可靠性优化仿真,通过拉丁超立方抽样得到齿轮可靠度。实验结果表明,改进响应面方程与传统响应面方程误差相当。优化后的齿轮结构可靠度相比优化前提高了6.35%,优化后最大等效应力降低了6.81%,质量降低了2.12%。改进响应面与有限元结合的方法可靠性优化效果最佳。

汽车门锁齿板和齿轮的疲劳分析与改进研究

某汽车门锁公司为降低电动门锁成本,对门锁内部齿板更换定位方式,但会造成门锁使用寿命下降,标准QC/T323—2007《汽车门锁和车门保持件》规定门锁寿命应满足10万次。为使门锁寿命满足标准,对门锁进行疲劳试验,发现门锁内薄弱区域为齿板的齿根。采用有限元法,基于材料S-N曲线和Miner线性疲劳损伤积累理论对齿板与齿轮的齿根进行疲劳分析。分析结果与试验结果相接近,误差为8.3%,表明建立的有限元疲劳分析方法合理。基于此方法更换齿板材料,将齿板寿命提升至10万次以上。最后再将安装有新齿板的门锁进行疲劳试验,试验结果表明门锁寿命大于10万次,满足要求。同时,基于此设计方案,每个电动门锁可节约成本255元左右。

车齿成形齿面接触性能数值仿真与分析

车齿工艺具有材料去除率高、成形精度好等优点,且能实现内齿轮等特殊结构齿轮的高效加工,推进车齿工艺精加工可以有效提高生产率并降低成本。然而,由于车齿成形齿面存在进给刀痕,齿面接触性能尚未明晰。首先,根据车齿工艺运动学原理,构建了车齿成形非光滑齿面的齿轮实体模型;然后,基于有限元方法对非光滑齿面的接触应力进行了仿真计算,并与国际标准推荐的齿轮承载能力计算结果进行了对比验证;最后,分析了进给量以及螺旋线修形系数对齿轮接触应力的影响规律。结果表明,车齿成形齿面接触应力与进给量呈非线性正相关;而螺旋线修形对齿面接触应力极值影响较小,但对应力分布区域影响显著。

国内外齿轮领域标准统计分析与思考

梳理了国内外齿轮领域主要标准化技术委员会的工作职责、标准化范围及归口标准情况;统计了不同技术领域标准数量与发布年份之间的对应关系以及国内不同层级标准的标准化技术要素;分析了齿轮相关技术的发展脉络。针对新时代我国标准化工作出现的几个新变化,从机遇与挑战两方面提出齿轮领域标准化工作的新要求。

聚磁式转子轴向磁齿轮复合电机的有限元分析

在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上,提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析,验证了电机结构的合理性,并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响,得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似,为后续的试验研究提供了理论参考。

基于正交试验的杯形柔轮结构优化设计

文中针对柔轮结构设计中寿命与承载能力差、易失效等问题,首先对柔轮进行参数化建模,然后基于有限元分析软件对在波发生器装配下的柔轮进行静力学分析,以柔轮长度、壁厚、齿宽以及筒体圆角半径作为变量,柔轮最大等效应力作为优化目标设计正交试验,并通过极差分析对所选取的结构参数进行重新组合以达到结构优化目标。结果表明,通过正交试验得出各参数对空载状态下柔轮最大等效应力的影响程度为柔轮长度>齿宽>壁厚>筒底圆角半径,极差分析后对结构参数进行组合并进行建模仿真,使柔轮最大等效应力减小了32.43%,为柔轮的结构优化提供参考。

基于ANSYS Workbench的行星齿轮减速器仿真分析

随着光纤激光应用的成熟和普及,在汽车制造、船舶、医疗和航空航天等方面得到广泛的应用。为了进一步提高光纤激光设备的高可靠性、高稳定性和高效率,有必要对行星减速器进行有限元分析和模态分析。通过建立行星齿轮减速器的简易模型,以行星齿轮减速器为研究对象,分析其传动过程中的载荷及工况,利用三维软件ANSYS建立行星齿轮减速器的三维模型,并将模型导入至有限元分析软件ANSYS Workbench中,对三维模型进行了静力学有限元分析和模态分析。试验研究表明,整个行星减速器的等效应力和应变主要分布在太阳轮与3个行星齿轮啮合处,且最大应力发生在太阳轮的齿根圆角处,其最大值为119.64 MPa;最大应变发生在啮合齿轮齿根处,最大位移发生在太阳轮齿轮顶部,其最大值为9.75×10^(-3)mm;行星齿轮减速器的模态结果主要表现为行星齿轮的扭转变形,其设计结果满足要求。

螺旋锥齿轮传动系统啮合错位分析方法

准确分析载荷作用下螺旋锥齿轮传动系统啮合错位情况是进行齿轮齿形优化设计的基础。当传动轴结构复杂时采用梁单元模型求解轴的变形差异较大,会导致齿轮副啮合错位分析不准确,针对这一问题,文章提出一种基于实体有限元法的分步螺旋锥齿轮传动系统啮合错位分析方法。首先,建立传动轴实体有限元模型,并将轴承刚度耦合于传动轴上;其次,在齿轮轴上施加等效齿轮副啮合力分析轴变形情况;再次,结合主被动齿轮轴的变形情况分析齿轮副的啮合错位量;最后,考虑齿轮副的啮合错位状态构建轮齿的加载接触分析有限元模型,分析齿轮副的啮合印痕偏移及传动误差变化情况。将该方法与构建的包含齿轮、轴和轴承的传动系统全有限元分析模型进行了对比,表明采用该方法分析得到的齿轮副啮合错位状态与全有限元模型十分吻合、分析效率显著提升。