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。

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。

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。

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.

海域天然气水合物保压取心钻具的研制与试验

天然气水合物的勘探和开发需要从地层中获取保压岩心进行地层的物化性测试、储量评估以及开采工艺等方面的研究。然而,钻探过程中,伴随温度和压力的改变,天然气水合物很容易发生分解,这给水合物钻探取心工作带来了很大的困难。为了解决天然气水合物保压取心钻具的保压可靠性问题,开展了一种新型齿轮-齿条关闭球阀式水合物保压取心钻具的研制,采用绳索打捞的提拉力驱动球阀工作。详细介绍了该保压取心钻具的结构和工作原理;计算了球阀的工作密封比压及打捞内管所需的提拉力;介绍了该保压取心钻具的室内试验和海试情况。研究表明:该水合物保压取心钻具的取心工艺简单、球阀翻转和密封性能良好、取心成功率高,各项功能和性能指标均达到了设计的要求。

基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算

齿轮齿条传动是一种重要的机械传动方式,其内部时变啮合刚度是一种主要的激励源,对系统振动噪声水平有着重要影响。针对齿轮齿条时变啮合刚度高效、准确的解析计算问题,提出了一种基于势能原理的铰接支撑齿条与齿轮啮合刚度解析计算方法,计算获得了不同参数下的齿轮齿条时变啮合刚度,并利用有限元法验证了建立的解析计算模型的正确性。同时,利用建立的解析计算方法分析了垂向间隙、压力角、齿条长度等参数对齿轮齿条时变啮合刚度的影响规律。结果表明,建立的解析计算方法能够准确计算齿轮齿条时变啮合刚度,为齿轮齿条传动系统动态特性分析提供了理论支撑。

齿轮齿条传动的运动精度计算分析

齿轮齿条传动可以实现较高精度、较长行程的直线运动。针对齿轮、齿条以及相关结构的加工和装配精度对运动精度的影响进行分析。以某典型齿轮齿条传动方案为例,给出可实现运动精度指标的选型和计算过程,为同类直线传动系统的设计提供参考。

齿轮齿条应用于井下采油设备的动力学分析

将齿轮齿条机构用于井下采油设备,可以避免有杆式采油设备的杆管偏磨。介绍了井下采油设备的组成与工作原理,对齿轮齿条机构的强度进行了校核和有限元分析,建立了齿轮齿条传动机构的动力学模型并进行动力学仿真。结果显示,齿轮齿条机构强度符合理论要求,但轮齿啮合时会出现周期性振动,且齿条换向时存在惯性载荷冲击,在许可范围内,验证了齿轮齿条机构应用于井下的可行性。

基于弹簧刚度法的螺栓分布研究

螺栓组载荷分布不均是齿轮齿条钻机产生振动甚至损坏的重要原因之一。工程中,螺栓连接点常常会受到复杂的时变低速重载,螺栓组容易因载荷分布不均而发生断裂,从而影响钻机的稳定性。为研究不同螺栓分布情况下螺栓组所受应力情况,通过建立多螺栓连接的力学模型对螺栓载荷分布情况进行分析,并在此基础上考虑结构复杂的连接件提出一种多螺栓连接载荷计算方法。设计并进行了试验研究和有限元分析,通过对比其结果,验证了计算方法的准确性。基于提出的理论计算方法,给出载荷作用下螺栓剪切应力的分布规律,对比了螺栓均匀分布模型和非均匀分布模型的剪切应力分布特点,结果发现非均匀螺栓分布的承载分布均匀性要优于均匀分布的螺栓。

一体式智能型电液执行器设计和试验研究

介绍了一种一体式智能型电液执行器,总结阐述了执行机构的工作原理和关键技术:一体化、智能化、齿轮齿条液压缸设计、内置液压单元、力矩测量、多种控制方式和液压手动泵技术等。产品具有系统简单,运行可靠,操作方便、控制精度高和保护功能完善等特点,是中石油油气管道关键设备国产化项目之一,通过了工业性试验和第三方测试,并批量成功应用于中俄原油管道等国家重点工程,替代进口产品,成功实现了国产化应用。

给茧机无绪茧自动抓取装置设计与分析

为解决缫丝过程中给茧机内存在无绪茧且靠人工抓取的问题,设计了一种给茧机无绪茧自动抓取装置。传动部分由减速电机通过两个传动路线将动力传送至给茧机和横移滑轨机构。详细分析了横移滑轨机构所包含的曲柄滑块机构和齿轮齿条直线差动增倍机构运动特性,通过计算确定最佳抓取节点。最后介绍了末端抓取机构,并规划抓取后放置无绪茧和装置复位的时间节拍。分析表明给茧机无绪茧自动抓取装置结构合理可行,研究结果为给茧机无绪茧的处理提供一种新思路。

高紧凑型钻架提升机构的设计研究

创新性地设计一种高紧凑型钻架提升机构,介绍了该机构的特点、结构组成及工作原理,并应用有限元仿真技术对机构进行强度分析及结构优化,验证了其结构可靠性。该提升机构可灵活搭载于锚杆机、掘锚一体机上,高效辅助完成支护作业。

可躺卧按摩椅机芯搭桥技术--恒节距弹性齿条研究

为保证按摩椅在展平的状况下,依然能实现按摩机械手上下行走的功能,本案例采用“恒节距”弹性齿条的结构,对其传动理论及其传动精度与误差等级所包容的空间(容差)以及工程核心构件进行较为详细的分析,阐明其方案的可行性。

齿轨列车齿轨轮轨切换车载ATP控制研究

介绍山地齿轨列车的特点以及在国内起步的状况,分析信号系统在齿轨列车安全控制的特殊性。着重对山地齿轨列车“入齿”和“出齿”过程中信号系统的控制策略进行描述,并对齿轨列车在齿轨区和轮轨区进行切换运营时信号系统安全防护曲线的计算进行分析和论述,提出停车切换和动态切换的方法。