弧齿锥齿轮动力特性分析及其神经网络控制

针对含间隙锥齿轮系统动力学特性转迁及其控制问题,提出了基于胞元映射理论的参数解域结构和基于径向基函数神经网络的控制方法。采用集中质量法建立了7自由度弧齿锥齿轮动力学模型,基于胞元映射理论构建了频率和负载参数平面,采用伪不动点延续追踪算法求解了系统的分岔、齿面冲击、脱啮、齿背接触和动载特性转迁规律,分析发现频率和齿面冲击是影响周期分岔的主要因素,随负载增大其脱啮、冲击减弱,动载系数增大。针对平面中系统混沌现象,设计了参数反馈控制器、基于Poincaré截面欧氏距离构造适应度函数,用自适应引力搜索算法对控制器参数进行优化,从而实现了系统混沌、拟周期和周期运动向周期轨道有效控制。

基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正

为了降低弧齿锥齿轮在批量加工制造中存在的齿面偏差,提出一种基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正方法。以同一批次小样本弧齿锥齿轮作为研究对象,在自助法统计齿面偏差检测数据的基础上,得到大量的齿面偏差数据;利用NURBS曲面拟合方法构建齿面的均值差曲面,将它作为实际加工齿面,建立齿面偏差的数字化预控补偿模型,对它进行优化求解,得到批量齿面数控加工的机床修正参数,然后不断调整机床加工参数,实现齿面的预控修正补偿;最后对修正前、后齿面偏差作对比分析。结果表明:小轮齿面偏差比修正前降低了76.66%,验证了自助法齿面修正理论的有效性,对指导弧齿锥齿轮批量齿面修正提供了理论依据。

考虑安装误差的弧齿锥齿轮凹凸齿面印痕修正

弧齿锥齿轮作为重型燃气轮机中关键的动力传动部件,其双向传动的运行特点对齿轮凹凸齿面的接触印痕提出了更高的质量要求。为了满足实际需求,通过建立齿面啮合模型,利用考虑安装误差的齿轮接触分析(error tooth contact analysis, ETCA)技术研究了一对弧齿锥齿轮凹面和凸面均为工作面时,接触印痕随安装误差变化的数值规律。同时,以齿面印痕的中点位置、长轴倾角和面积作为印痕参数化处理后的特征值,优化齿轮安装误差调整值,修正印痕的不合理之处,实现凹凸齿面印痕的一致性和重叠性。滚检实验验证了模拟印痕的准确性,该修正规律可以为弧齿锥齿轮副的安装调整提供理论依据。

高速重载弧齿锥齿轮齿面多目标优化设计

以提高弧齿锥齿轮强度性能和减振降噪为出发点,基于TCA(Tooth contact analysis)、LTCA(Load tooth contact analysis)及局部综合法建立高重合度与低啮合转换处传动误差幅值的齿面多目标优化设计模型;利用带精英策略非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化3个齿面2阶接触参数,根据目标函数重要程度从Pareto最优解集中选择最终优化解。结果表明:给定工况下,优化后的2阶参数使得弧齿锥齿轮副重合度增加了16.69%,啮合转换处传动误差幅值降低了87.33%;同时承载传动误差均值、齿面接触应力均值与大小轮齿根弯曲应力均值分别降低了11.82%、0.25%、12.32%和13.61%,改善了齿轮副的强度性能和啮合性能,实现了减振降噪的效果。

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动啮合齿轮本体温度的相关影响因素分析

啮合温度影响双圆弧弧齿锥齿轮章动传动过程中的疲劳、振动、噪声等行为,在双圆弧弧齿锥齿轮的寿命预测和力学响应时不可忽视。为了揭示双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场分布规律,对双圆弧弧齿锥齿轮进行齿面接触分析,得到啮合区间;结合摩擦学和传热学得到齿轮的热载荷,建立了双圆弧弧齿锥齿轮温度有限元数值模型;采用控制变量法,分析了相关影响因素对锥齿轮温度的影响规律及原因。结果表明,齿轮温度随模数的增大而降低,随螺旋角的增大而升高,随章动角的增大先降低再升高;润滑油温度对本体温度的影响呈线性关系。研究为降低齿轮高温失效风险提供了参考。

基于平面共轭对数的弧齿锥齿轮齿面设计研究

为了提高弧齿锥齿轮建模模拟在承载工作的情况下所得出数据的准确性,在球面渐开线弧齿锥齿轮齿面成形设计原理的基础上,引入平面共轭对数对球面渐开线弧齿锥齿轮齿面形成理论进行进一步的研究与改进,建立与法向截面圆弧齿形点位相接触的弧齿锥齿轮数学模型,并利用修改后的齿面设计理论进行弧齿锥齿轮工作齿面、齿顶根曲线及齿根过渡曲面的齿面精确数学建模,使大小轮之间的共轭曲面啮合精度得到提升,从而提高弧齿锥齿轮在循环啮合过程当中的接触强度与稳定性,并对原先球面渐开线理论中所具有的对弧齿锥齿轮传动时的轴角可分性进行分析,进行存在轴角误差时对该设计下齿轮的传动误差的影响。

重载螺旋弧齿锥齿轮疲劳寿命预测

以重载螺旋弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,基于齿轮强度计算理论、疲劳累积损伤理论和断裂力学理论等,结合国内螺旋锥齿轮制造工艺及制造技术对重载螺旋锥齿轮传动系统的疲劳特征进行研究。

航空弧齿锥齿轮接触印痕主动设计与试验验证

以某航空发动机弧齿锥齿轮箱为研究对象,提出了一套锥齿轮接触印痕主动设计的方法。首先,基于弧齿锥齿轮宏观参数和GEMS软件,进行齿面设计,得到齿轮副精确齿面;其次,考虑传动系统受载变形、轴承游隙和加工误差等因素的影响,建立弧齿锥齿轮系统级接触印痕仿真分析模型,得到锥齿轮在工作状态下的接触印痕和振动响应;然后,将上述设计齿面应用于加工,设计试验,将试验得到的接触印痕和振动响应分析结果与理论分析进行对比,验证了仿真分析模型的可靠性;最后,基于该仿真分析模型对上述齿面进行接触印痕优化设计,得到了满足强度和动态性能要求的齿面,形成了弧齿锥齿轮接触印痕主动设计方法。

第3代新型低碳高合金钢弧齿锥齿轮失效分析

在中央传动调试试验中发生主动弧齿锥齿轮轮齿断裂故障,并连带其他部件产生不同程度损伤。主动弧齿锥齿轮整个圆周的接触印痕偏向小端一侧、靠近齿底,从动弧齿锥齿轮接触印痕分布在小端齿顶部位,印痕已不完整、局部超出工作面。为了排除15Cr14Co12Mo5Ni2钢弧齿锥齿轮试验中发生的断裂故障,对齿轮进行宏观检查、断口分析、组织检查、硬度测试、成分分析、啮合印痕仿真分析与验证,确定了故障齿轮断裂的性质和产生原因。结果表明:主动弧齿锥齿轮为高周疲劳断裂,疲劳起源于小端面与齿凸面根部转接棱角部位,与材质与冶金缺陷无关;在工作过程中存在异常咬合是导致该齿轮产生早期疲劳开裂的主要原因。建议优化齿面加工参数,提高齿轮工作过程中的咬合质量,从而避免此类故障再次发生。

计入线外啮合的弧齿锥齿轮变速工况动力学分析

针对弧齿锥齿轮副的稳态和变速瞬态工况进行了研究。在稳态工况下,研究发现到齿轮副的振动位移、速度和动态啮合力表现出周期性波动的特征;在啮合周期的起始和结束位置,存在振动冲击现象;在时域分析中,动态啮合力的主要振幅在啮合频率(1916Hz)及其多个倍频处,最大振幅出现在5倍啮合频率处。在变速瞬态工况下,模拟了主动轮的匀速变速过程,观察了主动轮角速度随时间的变化。结果显示,变速瞬态引发更大振幅和动态啮合力波动。

基于改进ResNet-18模型的弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别方法研究

针对现有的弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别效率低的问题,使用改进的ResNet-18神经网络构建轻量级弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别模型,改进的网络修改了ResNet-18网络第一卷积层,并引入了通道与空间注意力机制。实验结果表明,改进ResNet-18较原网络对于齿面接触印痕图像的分类准确率提高了3.23%,损失值降低了0.04。该方法为齿轮安装偏差识别提供了新路径,对弧齿锥齿轮总成的安装调整作业提供了一定的指导。

高阶滚比修正系数对弧齿锥齿轮齿面形状的影响规律

基于弧齿锥齿轮齿面数学模型,引入高阶滚比修正系数,采用矢量运算与二元迭代的方法,对齿面进行了离散化处理,计算了各离散点的齿形偏差。分析了各阶滚比修正系数的改变对弧齿锥齿轮齿面形状的影响规律,绘制了齿面误差拓扑图,表示了误差齿面相对于理论齿面的偏离方向以及误差值的大小。基于齿面误差的模型,采用最小二乘法,计算了弧齿锥齿轮齿面在各阶滚比修正系数改变下的敏感系数,分析了各阶滚比修正系数对齿面形状的影响类型和程度,为弧齿锥齿轮实际加工过程中齿面几何形状的调整和齿形误差的修正提供了理论依据。通过实际的磨齿加工和测量,验证了齿面数学模型与齿面误差拓扑图结果的正确性。

小模数弧齿锥齿轮半滚切切齿加工方法研究

为了大幅度提高齿轮传动性,解决传统机械结构弧齿锥齿轮滚切双面法铣齿加工(即双重双面法)齿面啮合质量难以控制的问题。这里提出了小模数弧齿锥齿轮半滚切加工方法,详细地介绍了加工的相关理论计算和机床的刚性改造,分析了机床带有对刀装置的结构能保证均匀的齿切加工余量。通过生产实践,结果表明:该加工方法将有助于提高小模数弧齿锥齿轮加工效率,提高齿面啮合质量,降低生产能耗,对小模数弧齿锥齿轮的加工有一定的借鉴作用。

弧齿圆柱齿轮设计制造方法

在研究弧齿圆柱齿轮展成基本齿条的基础上,介绍了弧齿圆柱齿轮的基本参数及设计计算。基于旋转刀盘法原理,提出了采用单面刃刀具分别切制弧齿轮轮齿凸、凹面的铣齿加工方法。结合生产实践,编制数控加工程序在专用的双工位铣齿机床上进行了弧齿圆柱齿轮试切加工。对试切好的弧齿圆柱齿轮进行啮合传动检验,结果表明:齿轮啮合性能良好,符合预期要求。

弧齿锥齿轮复合磨粒磨削性能仿真与分析

弧齿锥齿轮的磨削加工是非线性和动态的复杂过程,利用有限元法仿真磨削过程对探究弧齿锥齿轮复杂磨削机理具有重要意义。基于Johnson-Cook力-热耦合材料本构方程,建立复合磨粒磨削有限元仿真模型,对比分析在不同磨削速度、磨削深度及磨粒间距时齿面温度场、磨削力和磨粒磨损的变化情况,并通过实验验证了模拟的结果。研究结果表明:影响磨削表面性能的最主要因素是磨削深度,复合磨粒干涉作用对齿面温度场的影响及产生的磨削振动是不可忽视的,这为弧齿锥齿轮磨削表面性能研究和实际加工提供了理论指导。

基于有限元法的弧齿锥齿轮接触性能研究

弧齿锥齿轮在接触啮合过程中会产生啮合冲击和振动,基于有限元显示求解对齿轮副进行动力学分析,探究主动轮转速、加速时间等因素的改变对齿轮接触啮合性能的影响。根据从动轮角速度变化曲线及接触力变化曲线来确定齿轮的接触性能,以振动位移和振动加速度为响应,探究齿轮传动初期的啮合冲击。结果表明:主动轮转速、加速时间、惯性载荷等因素会影响齿轮的传动性能;主从动轮在轴向与径向表现的振动特性不同,轴向方向主动轮表现出更大的振动位移和振动加速度,径向方向从动轮表现出更大的振动位移和振动加速度。

弧齿锥齿轮参数建模及有限元接触分析

针对高精度弧齿锥齿轮在啮合过程中齿面接触动态变化问题,分析了弧齿锥齿轮齿面加工原理,建立了弧齿锥齿轮齿面方程,计算创建模型所需要的齿面离散点方程,准确求解出齿面各点的坐标,建立了弧齿锥齿轮的三维模型。构建弧齿锥齿轮有限元模型,采用瞬态动力学模块分析弧齿锥齿轮啮合过程中齿面接触应力的动态变化,得到弧齿锥齿轮大轮凹面接触印痕,与实验得到的弧齿锥齿轮大轮齿面接触印痕进行对比分析。结果表明,仿真和实验得到的接触印痕都符合设计准则中接触区域的范围,能够满足弧齿锥齿轮实际使用要求。

误差因素对弧齿锥齿轮传动接触的影响

线接触弧齿锥齿轮传动为全齿面接触,对误差较为敏感。为揭示误差因素对线接触弧齿锥齿轮传动接触的影响规律,开展了含误差因素的接触仿真分析。首先,基于刀盘逼近加工方法,建立了线接触弧齿锥齿轮的加工齿面数学模型,并验证了齿面模型的正确性;然后,基于该模型,分析了不同精度等级下的安装误差和齿距偏差对线接触弧齿锥齿轮传动接触的影响及对齿面接触应力和弹性变形的影响规律。数据分析结果表明,线接触弧齿锥齿轮传动因误差因素会产生边缘接触,主要表现在齿顶处,之后是小端,齿根和大端处不明显;在分析的多种误差中,齿距偏差和小轮轴线误差对齿面接触应力和弹性变形的影响较大,之后是轴交角误差和轴间距误差,大轮轴线误差的影响最小。研究结论可为线接触弧齿锥齿轮传动的误差控制和修形设计提供参考。

基于斜角切削模型的弧齿锥齿轮加工残余应力仿真分析

针对成形法铣齿加工弧齿锥齿轮大轮,对切削速度、切削深度、进给速度等切削用量对加工表面残余应力的影响规律进行了研究。根据成形法切削加工弧齿锥齿轮的特点,建立斜角切削有限元三维仿真模型,对齿轮的切削加工过程进行模拟分析,运用单因素法分别模拟了切削速度、进给速度、切削深度以及冷却液对工件表面残余应力的影响。由模拟仿真结果得知,弧齿锥齿轮斜角切削已加工表面残余应力沿层深呈“勺形”分布且表面为残余拉应力,亚表面为残余压应力,表面切向残余应力大于轴向残余应力;表面残余拉应力会随进给速度和切削速度的增大而增大,残余应力的层深随进给量的增大而加深,切削深度对残余应力的影响不明显;添加冷却液能够降低表面的残余拉应力。研究为弧齿锥齿轮切削加工残余应力分析提供了理论参考。

基于定量失配的弧齿锥齿轮齿面修形设计及实验验证

以弧齿锥齿轮齿面修形设计为研究对象,提出了一种基于定量失配修形的齿面设计方法。揭示了齿面修形量、修形系数与齿面结构参数间的数学关系,在完全共轭齿面的基础上引入2阶修形曲面,建立了以齿面接触性能为导向的目标齿面;建立目标齿面与理论齿面间的齿面偏差修正模型,求解了机床调整加工参数修正量。以一对弧齿锥齿轮副为例进行验证,根据齿面修形量快速计算对应的修形系数,解决了修形系数盲目选取的问题。修形后齿面接触性能得到改善,切齿实验结果与理论分析结果一致。实验验证了提出的基于定量失配修形的弧齿锥齿轮齿面设计方法的有效性,该方法同样适用于其他齿轮齿面的修形设计。