Tribological characteristics of micro or nano particles between the gear pairs

将4种分别含有微米或纳米固体粒子的磨合油应用在45号钢齿轮副磨合试验中，研究这2类粒子对齿轮磨合的影响及行为．研究中使用的2种微米粒子分别是平均粒径为10μm的碳酸钙和100μm的石英砂，2种纳米粒子分别是平均粒径为5nm的金刚石和30nm的导电炭黑，大齿轮和小齿轮未磨合前的齿面三维粗糙度分别是24．00μm和32．97μm．试验结果表明：微米粒子对磨合磨损的主要影响表现为磨粒磨损，且微粒的粒径越大，磨粒磨损越剧烈；纳米粒子对磨合磨损影响不大，但纳米粒子能够吸附、填充和渗入齿面，从而改观齿面形貌和改善齿面摩擦学性能．另外，在含有这2类粒子的磨合磨损中，摩擦副间都有不同程度的“负电阻”现象发生，且两齿轮的磨损率蒡越大，该电现象越明显．

Bifurcation and Chaos of Gear Pair System Supported by Long Journal Bearings Based on Turbulent Flow Effect and Nonlinear Suspension Effect

A systematic analysis of the dynamic behavior of a gear-bearing system with nonlinear suspension, turbulent flow effect, long journal bearing approximation, nonlinear oil-film force and nonlinear gear mesh force is performed in the present study. The dynamic orbits of the system are observed by bifurcation diagrams plotted using the dimensionless unbalance coefficient and the dimensionless rotational speed ratio as control parameters. The onset of chaotic motion is identified from the phase diagrams, power spectra, Poincaré maps, Lyapunov exponents and fractal dimension of the gearbearing system. The numerical results reveal that the system exhibits a diverse range of periodic, sub-harmonic, quasiperiodic and chaotic behaviors. The results presented in this study provide some useful insights into the design and development of a gear-bearing system for rotating machinery that operates in highly rotational speed and highly nonlinear regimes.

面向螺旋锥齿轮的主动设计与加工方法研究

针对面铣螺旋锥齿轮的设计和制造,建立了基于自由曲面机床的加工方法的数学模型,在自由曲面机床上采用工件轴固定的方法完成螺旋锥齿轮铣削的主动设计和制造。以啮合性能参数为输入变量,建立了齿轮啮合的数学模型,并根据设计的接触属性对齿轮齿面进行了主动设计。除了传统方法控制的每个小齿轮侧面平均接触点的一阶和二阶参数外,该方法还可以同时保证小齿轮常用驱动侧面上的每个接触路径点,避免了工件轴运动精度差造成的误差和制造难度。最后,通过齿面接触分析(TCA)和滚动试验对该方法进行了有效验证。

非圆齿扇齿条副齿面接触应力分析及仿真

针对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的工作齿面易发生磨损、点蚀甚至断裂等现象,围绕非圆齿扇齿条副的齿面接触应力理论建模与有限元仿真分析开展研究,提出一种非圆齿扇齿条副接触应力理论计算模型,研究齿扇齿宽B、齿条压力角α和齿扇锥角φ等几何参数对齿面接触应力的影响规律;将非圆齿扇齿条副三维参数化建模与齿面动态啮合有限元仿真分析集成,提出一种非圆齿扇齿条副接触应力参数化、全流程仿真分析计算方法。预期为汽车转向器非圆齿扇齿条副的设计分析提供理论和方法指导。

非圆齿扇齿条副动态啮合建模与仿真分析

汽车转向器摇臂轴通常采用非圆齿扇齿条副来实现转向过程中的非匀速传动,其设计制造大多采用经验和试凑的方法,使得产品开发周期长,效率低。针对企业对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇齿条副设计与强度分析校核,尤其是动态啮合过程中应力应变的瞬时状态的需求,基于ANSYS ACT插件设计出摇臂轴非圆齿扇齿条副动态啮合仿真软件完成三维建模与仿真分析。该仿真软件包含创建求解项目、三维参数化建模与有限元仿真参数化3个部分,可实现摇臂轴非圆齿扇齿条副从设计到三维建模再到有限元分析的全流程参数化与模块化。相较于传统设计分析方法,将三维建模与有限元分析集成到Workbench中进行动态啮合仿真分析,极大地提高了汽车摇臂轴非圆齿扇齿条副设计与分析效率。

旋转对置活塞发动机运动学特性研究

高功率密度发动机是未来内燃机的发展趋势.旋转对置活塞发动机结构简单,做功频率是传统往复式活塞发动机的两倍,可以显著提高发动机的理论功率密度,是小型无人机、混合动力系统的理想动力源.文中通过建立数学模型,探究了旋转对置活塞发动机的结构参数对活塞运动规律、气缸容积变化规律和压缩比的影响,分析了相邻活塞运动碰撞的边界条件.研究结果表明,活塞线速度对椭圆齿轮节曲线偏心率的变化最为敏感,当线速度大于平均值时,线速度与偏心率成正比,线速度小于平均值时则成反比;偏心率的增大可以减小气缸的余隙容积,且使下止点对应的气缸容积增大,进而调节发动机的压缩比;活塞端面夹角增大可以减小气缸的余隙容积;偏心率和活塞端面夹角在±10%的范围内变化时,压缩比相应的变化范围分别为5.62~12.04和5.01~23.45,当偏心率过大时将导致相邻活塞发生碰撞.

新型无困油齿轮泵齿轮副型线优化与工作过程模拟

齿轮泵齿轮副的型线对齿轮泵性能影响极大。传统的渐开线型齿轮泵齿轮存在困油现象,产生局部高压,对其运行产生极大的危害。通过型线设计,来解决齿轮泵困油现象。基于曲线啮合理论,采用圆弧和高次曲线,构建一种新型双圆弧-高次曲线齿轮副,消除了齿轮泵的困油现象。进而,建立其几何模型并推导出型线方程,通过数值模拟,分析新型无困油齿轮泵的流场变化规律,并与现有齿轮泵进行对比。结果表明:新型齿轮泵消除了困油现象,型线组成简单,便于优化设计;此外,新型齿轮泵的工作性能更佳,流场更均匀。

基于改进分形方法的齿面磨损故障直齿轮啮合特性分析

考虑实际的轮齿表面微观形貌,建立了轮齿间相互作用的三维分形接触模型。结合轮齿承载接触分析方法,考虑轮齿间摩擦力的影响,建立了直齿轮副的时变啮合刚度模型,并通过有限元方法进行了验证。结合Archard磨损模型,考虑齿面粗糙度和摩擦力的影响,分析了齿面磨损故障状态下直齿轮副的啮合特性和磨损深度,同时分析了摩擦力和分形参数对时变啮合刚度和磨损深度的影响。摩擦力导致节线处的时变啮合刚度发生突变。当直齿轮副处于双齿啮合时,摩擦因数的增加和分形维数的降低导致磨损深度的增加和时变啮合刚度的降低。时变啮合刚度随分形维数的变化呈线性变化。分形维数对时变啮合刚度和磨损深度的影响随着磨损周期的增加更为明显,超过了摩擦因数对其的影响。

煤矿用刮板减速器锥齿轮副的损坏和预防

随着煤炭工业的快速发展,煤矿机械设备在日常生产中的重要性日益凸显。作为煤矿输送系统中的核心部件,刮板减速器锥齿轮副的性能稳定与否直接关系到整个生产线的安全与效率。本文从锥齿轮副在刮板减速器中的重要性出发,分析了刮板减速器锥齿轮副常见损坏类型、预防措施及新的思路,以期保障煤炭生产的顺利进行。

考虑裂纹故障的时变啮合刚度计算研究与分析

以传动系统中存在裂纹故障的直齿轮为研究对象,综合考虑轮齿接触、弯曲、剪切、径向压缩和弹性变形等因素,提出了一种修正裂纹直齿轮副时变啮合刚度的算法。通过简化齿轮为悬臂梁的方式,分析裂纹的长度、深度、角度等参数对直齿圆柱齿轮啮合刚度的影响,采用MATLAB编程实现了时变啮合刚度的修正计算。研究结果为直齿圆柱齿轮副裂纹失效机理提供了理论基础。

基于有限元仿真确定重卡变速箱斜齿轮装配误差

为解决斜齿轮在装配过程中由于误差导致变速箱齿轮副在实际运行中齿根出现裂纹和断裂现象,进而导致变速箱无法稳定运行的问题.基于Pro/E三维建模软件构建了斜齿轮副的三维模型及其存在两轴不平行和齿侧间隙对应的模型,并分别对两种情况下对应的静态接触应力和动态接触应力进行分析,以此确定了重卡变速箱斜齿轮装配时两轴不平度和齿侧间隙的误差,指导实际的装配操作.

航空高速齿轮泵齿轮端面摩擦副的润滑特性

针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题,在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型,分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布,研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明:织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行,对减摩增效具有积极作用;综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性,织构结构参数即槽深取7~9μm、高度差取5~6μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

含摩擦和间隙直齿轮副的混沌与分叉研究

齿面摩擦、齿侧间隙及时变啮合刚度是导致齿轮副产生复杂非线性振动的主要因素。以齿轮副啮合点间沿啮合线的相对位移为广义坐标,建立了计及摩擦、间隙及时变刚度等因素的直齿轮副非线性动力学模型,用5～6阶变步长Runge-Kutta法求得系统的各类周期响应和混沌响应。通过对位移响应的FFT分析,发现在计及摩擦时,系统的超谐和次谐响应成分增多;比较不同参数下的Poincare映射图得出,摩擦使混沌吸引子有所变大,但也可能使其转变为周期吸引子;由系统振动的分叉图及最大Lyapunov指数变化图看出,摩擦导致系统提前进入混沌,但混沌的程度有所降低。

齿轮传动啮合效率计算方法的研究

研究了齿轮传动中啮合效率的计算方法，推导出渐开线圆柱齿轮内外啮合传动的效率函数，证明了效率函数在啮合区间的连续性。基于连续函数积分中值定理，定义了齿轮传动啮合效率的积分形式，通过积分运算得到了渐开线内外齿轮啮合效率的计算公式，并从理论上证明了效率公式的正确性。结合数据计算结果的图表分析，进一步验证了效率公式的有效性。

外部动态激励作用下齿轮系统非线性动力学特性

为了研究外部动态激励作用下齿轮系统非线性动力学特性,建立了考虑周期时变刚度、齿侧间隙、黏弹性阻尼和外部动态激励的单自由度直齿轮副系统动力学模型。针对外部动态激励作用下的周期时变刚度、齿侧间隙、激励幅值和阻尼比对齿轮副系统动力学特性的影响,采用增量谐波平衡法来求解齿轮副系统的稳态周期响应,并采用四阶变步长Runge-Kutta数值方法进行了验证。研究结果表明,增量谐波平衡法求解结果与数值仿真结果吻合得较好,齿轮系统在外部动态激励作用下会引起参数共振、多值解和幅值跳跃等非线性动力学行为,增大激励幅值和阻尼比等参数,能够有效控制齿轮系统的非线性振动响应。

舰船用齿轮传动啮合刚度及动态性能研究

舰船用齿轮副由于具有特殊的性能要求 ,其结构上也与通用机械齿轮副有所不同。文章以齿轮接触线长度变化代替齿轮瞬时啮合刚度的变化 ,利用傅立叶级数的形式计算舰船用宽斜齿轮副的啮合刚度 ,并分析单自由度扭转振动系统在时变啮合刚度及齿轮副误差激励作用下系统的动态特性。

基于齿面摩擦的人字齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的16自由度人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立系统的振动微分方程。根据人字齿轮副的啮合特性,通过数值积分方法分析了轮齿的啮合力,时变摩擦力和摩擦力矩,并采用基于弹流润滑理论(EHL)的摩擦因数计算模型计算了齿面摩擦因数。为了分析齿面摩擦对人字齿轮副周期振动及分岔特性的影响规律,比较了有无考虑齿面摩擦时系统的周期振动时域响应、振动位移分岔图及最大lyapunov指数变化图。结果表明,齿面摩擦导致齿轮副垂直于啮合平面方向的振动位移加剧,且减弱了齿轮副沿啮合线方向的振动。同时,齿面摩擦的存在使得系统提前进入混沌,且抑制了系统的混沌运动。文章的研究成果有助于进一步认识齿面摩擦对人字齿轮传动周期振动及非线性振动特性的影响,为人字齿轮传动设计提供技术依据。

轿车变速器主减速器齿轮副动态性能仿真

建立了某轿车变速器主减速器齿轮副的有限元模型,基于Abaqus/Explicit显式动态分析方法,对该主减速器齿轮副在最大转矩工况下的瞬态啮合过程进行了动态仿真计算,得到了轮齿齿面与齿根危险区域的等效应力云图、等效应力的幅值与瞬态变化过程等结果。在此基础上,研究了发动机输出转矩和包括中心距和同面夹角两个参数的安装误差等参数变化,对该主减速器齿轮副轮齿承载状况的影响规律,为以改善强度及可靠性为目标的结构方案修改提供了重要参考。

交错轴变传动比齿轮副变传动比齿轮数字设计方法研究

汽车转向器的传动比是影响车辆转向轻便性和灵敏性的重要因素之一,车辆在转向时为了获得轻便性和灵敏性的统一需要采用变传动比转向器。通过综合分析机械式变传动比转向器的重要部件交错轴变传动比齿轮副的啮合特点,基于包络原理提出了一种全新的变传动比齿轮数字设计方法,此方法将交错轴变传动比齿轮副中斜齿轮看作由垂直于其轴线的无限接近的平面集合与其截交后截平面的集合,每个截平面称为"齿轮元",交错轴变传动比齿轮副的啮合传动可看作齿轮元的集合与变传动比齿轮的啮合,变传动比齿轮齿廓上每个齿廓点的高度值,是过此点且垂直于齿条运动方向及斜齿轮轴线的直线随此点一起啮合传动时,与此点啮合过程中遍历齿轮元集交点高度值中的最小值。基于上述方法,建立了交错轴变传动比齿轮副变传动比齿轮齿廓点高度值计算的数学模型,开发了求解算法,得到了变传动比齿轮的齿廓点云,并将此方法成功应用到了某型变传动比转向器的研制中,通过样件试制及测试验证了该方法的正确性。

制造误差影响齿轮副啮合的接触有限元分析方法

制造误差是影响齿轮副啮合的重要因素,研究其作用机理对齿轮的减振设计具有重要意义。首先基于几种典型制造误差的结构形式提出了一般的精确建模方法,以一对渐开线直齿轮为例,利用接触有限元分析方法对啮合过程进行仿真,发现理想齿轮副和含误差齿轮副啮合过程中的角速度、动态接触力特性表现出显著差异。然后进行单项误差影响齿轮振动的机理研究,分别以齿廓误差和齿距误差为对象,利用傅里叶变换量化分析了不同加工公差等级下的单项制造误差对齿轮副动态传递误差、角加速度特性的影响规律。研究表明:所提出的建模方法可以模拟任意形式的微小量级的制造误差,并体现在接触有限元分析中。不但能够用于精细化研究制造误差对齿轮副啮合过程的影响,还可以通过量化各项啮合特性分析单项误差影响齿轮振动的作用机理,并指导齿轮的减振设计和精度设计等。