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。

注塑工艺对POM齿轮弯曲疲劳寿命的影响规律

为了研究注塑工艺对聚甲醛(POM)齿轮弯曲疲劳寿命的影响,采用了DOE实验设计方法,并参考GB/T 14230-2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》中的运转型试验方式来制定试验方案和设计测试装置。按照设计的实验计划,进行了齿轮弯曲疲劳寿命的试验,并获得POM齿轮寿命实验数据。通过Minitab软件对实验数据进行分析,得到弯曲疲劳寿命的主效应图和Pareto图。分析结果表明,模具温度和保压压力是影响POM齿轮弯曲疲劳寿命的两个主要工艺参数。为改善这些工艺参数对齿轮性能的影响,对模型进行了优化改进,并建立了回归方程来描述模具温度和保压压力对齿轮弯曲疲劳寿命的影响。通过实验验证发现,通过Minitab的响应优化得到数据模型预计最佳值及最优工艺配置:模具温度120℃,保压压力120MPa。在工艺优化后,POM齿轮的弯曲疲劳寿命提高了约59%。这表明,经优化后的注塑工艺,可以显著改善POM齿轮的性能,并延长其使用寿命。

基于42CrMo齿轮的弯曲疲劳试验研究

42CrMo属于超高强度钢,其具备较高的强度,材料淬透性能好,淬火后的变形量小,大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料,弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先,通过齿轮弯曲疲劳试验,获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据,得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式,以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后,采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟,得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比,分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致,可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后,通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比,结果表明,疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致,验证了数值模拟的准确性,因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。

基于裂纹扩展的齿轮弯曲疲劳寿命仿真分析

从齿轮内部存在缺陷这一事实出发,研究不同载荷、不同缺陷位置对齿轮寿命的影响.根据齿轮无损探伤验收标准设定的初始缺陷,应用边界元分析软件FRANC3D(fracture analysis code in 3dimensions)计算了裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,对齿轮在不同载荷条件下进行裂纹扩展的仿真,得到不同载荷条件下载荷循环次数与裂纹长度关系曲线及齿轮寿命与齿根应力幅值曲线.

基于ANSYS的20CrMnTi齿轮的疲劳寿命分析

利用有限元软件ANSYS对材料为20CrMnTi的直齿圆柱齿轮进行仿真分析,计算出了齿轮的弯曲应力。同时与传统方法计算出的弯曲疲劳强度进行比较分析,并利用疲劳损伤理论来预测齿轮的疲劳寿命。

汽车变速箱圆柱齿轮弯曲疲劳p-S-N曲线测定

利用大小两级载荷,对国产某汽车变速箱倒档圆柱齿轮单齿弯曲疲劳强度进行了试验.通过对试验数据的处理,表明该齿轮单齿弯曲对数疲劳寿命在高低载荷级下均呈正态分布,在高低载荷级下的成活率分别与其弯曲疲劳寿命对数之间存在线性函数关系,以及不同成活率下的p S N曲线和齿轮单齿弯曲疲劳极限.为进一步研究齿轮弯曲疲劳强度提供了基本曲线和数据.

齿面残余应力对齿轮轮齿弯曲疲劳寿命的影响分析

为了研究残余压应力对齿轮轮齿弯曲强度及疲劳寿命的影响,以ANSYS有限元软件为工具,分层建立轮齿表层,对各深度层施加不同预应力来模拟渗碳淬火齿轮的残余压应力,并对存在和不存在残余压应力的齿轮分别进行了弯曲强度和弯曲疲劳寿命分析,得到存在及不存在残余压应力的齿轮最大拉应力分别为567 MPa和650 MPa。结果分析表明,残余压应力可使齿轮抗弯曲疲劳性能得到较大提高。

中频感应淬火的S48C钢齿轮的弯曲疲劳性能研究

齿轮是推土机的重要传动件。弯曲疲劳是齿轮的主要失效形式。对经调质处理的中碳S48C钢齿轮进行了不同工艺的中频感应淬火和170℃低温回火,并对部分齿轮进行了喷丸处理。采用MTS Landmark 250 kN型电液伺服试验机测定了齿轮的弯曲疲劳寿命,并检测了轮齿截面的硬度分布和显微组织。结果表明,中频感应淬火工艺对齿轮的弯曲疲劳寿命和硬化层深度有影响,喷丸处理可明显提高齿轮的弯曲疲劳寿命。

重载齿轮弯曲疲劳寿命测试方法研究现状

重载齿轮是大型机械装置(推土机、挖掘机、装甲车等)传动系统的核心部件,它的主要功能是按照规定的转速比传递运动和转矩。随着科学技术的发展和军事装备的更新换代,重载齿轮的研究除了在材料性能、齿形设计、承载能力等方面取得了新成就外,另一个突出的进步就是在齿轮性能测试技术方面获得了很多成果,使得一些过去难以定量研究的问题(如齿轮的疲劳强度、齿轮传动品质等)都有了比较实用的测量手段。而在重载齿轮疲劳性能研究中,相对于接触疲劳产生的齿面点蚀、胶合、磨损等微小破坏而引起齿轮传动效率降低,啮合不到位等现象,弯曲疲劳则会直接导致齿根产生裂纹甚至形成断齿现象,造成重大事故。因此,准确测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命,分析弯曲疲劳性能,进而优化齿轮设计,提升齿轮性能,对监测因弯曲疲劳失效所引起设备故障以及避免服役过程中发生重大事故具有重要意义。重载齿轮弯曲疲劳寿命受多方面因素的影响,其中包括材料性能、加工尺寸、制备工艺以及测试手段等,因此对其弯曲疲劳寿命的定量测试一直是各国研究人员关注的热点话题。关于重载齿轮弯曲疲劳寿命的研究可以归纳为以下三方面:弯曲疲劳原理探究方面已发展到声发射信号检测、光学图像分形理论计算、计算机有限元数学模拟等多方面的实际应用;性能检测实验已有单齿/双齿脉冲加载、动态啮合式加载等多种试验方法;数据处理方面已发展出升降法、成组法、雨流法以及多种S-N曲线拟合的数据处理手段。这些分析方法以及测试手段的应用可以大大节省实验成本、提高分析效率、减少试验误差,进而提高重载齿轮弯曲疲劳寿命检测的准确性。本文从重载齿轮弯曲疲劳寿命的测试原理、试验方法以及测试数据处理三方面出发,根据国内外研究现状,对重载齿轮的弯曲疲劳性能进行机理性与实验性的探究,为测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命提供有效的理论依据、具体的测试方法以及准确的数据处理手段。

考虑粗糙度参数R_a影响的齿根弯曲疲劳寿命计算

表面形貌产生的应力集中效应对齿轮的疲劳寿命有重要影响,表面形貌对齿轮疲劳性能影响的定量分析方法是深入研究齿轮表面完整性及抗疲劳制造的基础性工作。以磨削加工的直齿轮为分析对象,提出一种基于表面形貌影响的齿根弯曲疲劳寿命预估方法。通过有限元分析得到齿根危险区域,采用白光干涉仪对齿根危险区域进行测量,根据测量数据确定表面形貌的统计分布参数和自相关函数。基于表面形貌统计分布参数和自相关函数对表面进行重构,得到有限元计算所需的表面形貌几何样本,用有限元方法分析齿根表面形貌的应力集中效应,基于材料S-N曲线估算齿根弯曲疲劳寿命,给出粗糙度R_a与齿根弯曲疲劳寿命的定量关联规律。

基于损伤本构的齿轮疲劳模型

在损伤本构模型基础上,依据Lemaitre-Chaboche塑性损伤理论,建立了一种新的齿轮材料疲劳损伤模型,导出了齿轮材料的疲劳寿命理论方程,结果表明基于损伤本构的疲劳损伤模型正确反映了材料属性、三轴应力比、应力幅值水平对疲劳寿命的影响,而且给出了这种新的理论疲劳理论模型算例验证,分析了该模型与传统名义应力S-N曲线形式的统一性,为预测齿轮材料的寿命提供了一种新的途径。

基于UG的渐开线-圆弧齿轮的数学建模及仿真

从传统的渐开线齿轮出发,讨论其存在的传动问题,从而引出了对齿廓进行修形的渐开线-圆弧齿轮。首先,基于UG/NX参数化地建立齿轮模型,理论上对比分析了渐开线-圆弧齿轮与渐开线—直齿轮的弯曲应力。其次,在UG/NASTRAN环境下进行接触应力的仿真分析,并且将仿真结果与理论计算进行比较,验证仿真的正确性。最后,从理论上说明了渐开线-圆弧齿轮对弯曲疲劳寿命的改善。通过本文的研究,将为渐开线-圆弧齿轮的优化设计及实际加工制造提供理论依据。

基于灰色系统理论的齿轮可靠性仿真

本文基于灰色系统理论和改造的背景值计算公式,利用数据处理理论和方法建立了较为完整的齿轮弯曲疲劳寿命试验的仿真方法,具体研制了算法和编程,并在微机上开发了齿轮可靠性仿真模块。该模块包括灰色模型预测程序和数据统计处理程序,实现了试验数据自动处理和仿真曲线自动绘制,为开展齿轮可靠性预测、设计和试验提供了一个实用工具和有效方法。

变半径齿根圆角锥齿轮几何建模与疲劳强度仿真分析

针对直齿锥齿轮的齿根大多采用0.3倍模数的定半径圆角过渡,容易造成齿根弯曲应力偏大、锥齿轮使用寿命降低等问题,提出了一种变半径齿根圆角锥齿轮的设计方法。建立了标准齿根圆锥下的变半径齿根圆角一般方程;基于某电动汽车差速器定半径非标行星齿轮,推导出不同齿根圆锥下的齿根变半径圆角的一般方程,对非标行星齿轮进行了优化设计。通过有限元动力学和疲劳寿命仿真分析得知,变半径齿根圆角相较于半径最大的定半径圆角,锥齿轮平均齿根弯曲应力减小了10.8%、疲劳损伤降低了6.6%。所提出的设计方法提升了锥齿轮力学性能和疲劳寿命。

基于等效弯曲应力谱的齿轮疲劳寿命评估

为了对装载机驱动桥传动齿轮进行疲劳寿命评估,在获得ZL50G装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱的基础上,通过对装载机驱动桥主减速器和轮边减速器齿轮精确建立有限元模型,依据有限元计算结果得到的扭矩-应力转化系数,并利用Gerber二次曲线公式对齿根弯曲应力进行等效计算,获得了等效弯曲应力。将实测扭矩载荷谱转换为齿根等效弯曲应力谱,并利用齿轮的S-N曲线对驱动桥传动齿轮应用名义应力法进行疲劳寿命评估。结果表明,基于等效弯曲应力谱预测的疲劳寿命与实际疲劳试验结果的一致性较好,证明了该方法的有效性。

两级载荷作用下城轨列车传动齿轮弯曲疲劳寿命预测

齿轮弯曲疲劳对列车安全运营具有重要影响。本文针对城轨列车载荷特点,建立一种适用于城轨列车的齿轮疲劳寿命预测模型。通过分析城轨列车实际运行过程的齿轮载荷特点,并结合主动齿轮累积受载频次,确定两级载荷大小,以两级应力比作为损伤参量,对城轨列车齿轮弯曲疲劳进行试验研究与寿命预测。研究结果表明:齿轮在两级载荷作用下疲劳寿命明显低于单一载荷作用下的疲劳寿命。通过将本文提出的疲劳寿命预测模型预测结果与试验数据进行对比发现,本文建立的疲劳寿命预测模型可以较为准确的预测齿轮的疲劳寿命。

虑及齿根圆角模糊性的渗碳齿轮弯曲疲劳寿命预测模型构建

研究渗碳齿轮弯曲疲劳失效模式及弯曲疲劳寿命预测模型构建。通过应力比为0.04的弯曲疲劳试验,结合扫描电镜对试样的断口进行观测,发现断齿的裂纹源均为齿根表面晶格的位错滑移。结合裂纹特征尺寸及位错能量法,构建了疲劳寿命预测模型(模型-Ⅰ),综合考虑了齿根圆角半径模糊性等因素的影响,建立了疲劳寿命预测模型(模型-Ⅱ)。对比分析两个模型,发现与模型-Ⅰ相比,模型-Ⅱ在3倍因子之内有较高的预测精度。

非标齿轮弯曲疲劳试验方案设计

根据标准齿轮弯曲疲劳强度试验方法,制定齿高系数、顶隙系数等齿形参数为非标准值时试验方案,根据试验方案中载荷级别,用ANSYS计算齿根弯曲应力;结合齿轮材料的性能参数,确定试验齿轮弯曲疲劳特性曲线及疲劳极限应力,采用局部应力应变法分析方法,研究齿高系数对齿轮弯曲疲劳寿命的影响。研究表明,用标准齿轮弯曲疲劳试验台来研究非标准齿轮弯曲疲劳寿命的方法具有有效性。齿高系数越大,齿根弯曲疲劳寿命越短,齿轮的弯曲承载能力越低。

基于损伤缩放因子齿轮弯曲疲劳寿命预测

为确保机械传动设备安全运行,精准预测齿轮疲劳寿命十分必要。改进基于累计损伤理论以韧性为变量的多级载荷下损伤预测模型,通过两级载荷作用下弯曲疲劳试验结果,根据两级应力幅值之比与弯曲疲劳损伤间的关系拟合损伤缩放因子,将损伤缩放因子用于改进原有模型。改进后的弯曲疲劳寿命预测模型可以较为精准的预测齿轮弯曲疲劳寿命。通过与多种加载顺序下弯曲疲劳试验结果对比,预测结果与试验寿命均值偏差率较小。