Contact surface fatigue life for roller rack pinion system

A roller rack pinion(RRP)system,which consists of a rack-bar and a cam pinion,transforms a rotation motion into linear motion.The rack-bar has a series of roller train and meshes with the cam pinion.First,the exact tooth profile of the cam pinion and the non-undercut condition to satisfy the required performance have been proposed with the introduction of the profile shift coefficient.Then,the load stress factors are investigated under the variation of the shape design parameters to predict the gear surface fatigue limit which is strongly related to the gear noise and vibration at the contact patch.The results show that the pitting life can be extended significantly with the increase of the profile shift coefficient.

水产养殖作业船转塘装置的设计

水产养殖作业船可以用于水草清理、饵料投放、施药、水质监测等,其工作范围不只限于单块水塘,但相邻水塘共用时往往需要通过人力来实现养殖作业船的转塘,这一过程费时费力。对此,设计一种养殖作业船转塘装置,通过两侧齿轮与架空齿条的啮合及底部滚轮与转移轨道的导向来形成对作业船的三点支撑。为保证养殖作业船能无阻碍地通过堤坝,特地设计计算了架空齿条上坡段、水平段和下坡段的高度和角度。将养殖作业船的螺旋桨改造成明轮,其为转塘爬坡提供动力的同时也能有效防止水草缠绕。现有应用表明,该装置大大提升了水产养殖过程中的转塘效率,既提高了作业船的利用率,也降低了总体投入成本,因此具有一定的推广价值。

齿轮齿条复合曲柄连杆机构的长冲程往复泵仿真及分析

曲柄连杆往复泵在石油钻采行业中应用广泛,但因为冲程短、冲次高、易损件寿命短等缺陷,限制了其进一步发展。文中针对上述缺陷提出了一种基于齿轮齿条和曲柄连杆的复合机构,将传统往复泵中的十字头结构替换为直齿圆柱齿轮,配合固定的上齿条和移动的下齿条,实现了活塞的长冲程往复运动。建立了活塞的运动方程,使用该复合机构的三缸往复泵动力学仿真模型,探究了在负载下活塞的运动特性和齿轮齿条的动力学特性,并对齿轮进行了疲劳分析。结果表明:新型往复泵活塞冲程比相同曲柄半径的传统往复泵增大了1倍,流量脉动率不会增大但脉动频率降低1倍,有效减少泵阀的开关次数,能较大地延长易损件的使用寿命;齿轮的疲劳寿命可以达到13000 h以上。研究结果证明了该复合机构的可行性,为后续产品的开发提供了理论支持。

三峡升船机齿条模型试验及状态监测方案研究

三峡升船机采用齿轮齿条爬升式垂直升船机型式,其中齿条作为升船机船厢升降运行的传动设备,其设备安全可靠性对升船机的稳定运行至关重要,为其设置智能状态监测系统十分必要。通过小比例试验台,对齿轮有可能出现的缺陷与不良工况进行模拟试验,并采用基于同步压缩小波变换时频谱切片的分析方法及门控循环神经网络的故障诊断方法,进行齿条不良润滑、齿面点蚀与齿根裂纹故障信号的采集与识别。以试验结果为依据,提出了三峡升船机齿条状态监测和故障诊断方案,为三峡升船机齿条状态监测和故障诊断方案的现场实施奠定了良好基础。

基于ADAMS的势能驱动车凸轮设计

根据第七届全国大学生工程训练综合能力竞赛的命题要求,介绍一种逆向设计凸轮的方法,采用凸轮控制齿轮齿条机构实现势能驱动车转向功能。设计势能驱动车前轮理论轨迹,对势能驱动车的传动机构和转向机构进行分析设计并确定进行。采用ADAMS建立的势能驱动车转向机构模型,通过规划前轮运动轨迹计算前轮转向所需角度,反推出齿轮齿条与凸轮接触点的位置关系,间接得到理论轮廓,进而通过UG包络处理得到实际轮廓。通过实物模型的制作与运行,势能驱动车全程轨迹重合度较好,验证了此方法的合理性。

车轮踏面磨耗对齿轨列车齿轮齿条接触状态影响研究

针对齿轨列车车轮踏面磨耗情况下难以探究齿轮齿条接触状态规律的问题,提出了一种基于Hertz接触理论的考虑车轮踏面磨耗情况的齿轮齿条齿面接触应力计算模型。首先,分析了磨耗情况下齿轮齿条的接触关系,获得了接触应力计算关键参数随车轮磨耗的变化规律,并结合Hertz接触理论构建了考虑车轮磨耗的齿轮齿条接触应力计算模型;然后,选取某工程齿轮齿条参数进行计算,获得了磨耗周期内的齿面接触应力分布,并通过27组有限元仿真试验获得了不同磨耗量、不同接触位置的齿轮齿条接触应力数据,与上述计算模型结果进行了对比;最后,运用上述计算模型进一步分析了车轮磨耗影响接触应力规律的内在机制和关键因素。结果表明,模型结果与仿真计算结果的最大相对误差为7.71%,验证了计算模型的准确性;车轮踏面磨耗量越大,齿轮齿条啮入点附近的接触应力越大,其影响机制是车轮磨耗导致啮入点附近驱动齿轮曲率半径急剧减小;增大初始中心距和齿条齿顶圆角影响系数,可降低车轮踏面磨耗对接触应力的影响,并可通过减小高度调整周期来优化接触状态情况。

高压GIS用三工位隔离接地开关的结构类型

文中介绍了72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS)常用的3种结构类型的三工位隔离接地开关:双导电杆连杆传动的三工位隔离接地开关、滚珠丝杠传动的三工位隔离接地开关、齿轮齿条传动的三工位隔离接地开关。这3种三工位隔离接地开关有别于传统的旋转闸刀式结构,都是属于国内外主流的动触头直动插入式结构。通过对这3种三工位隔离接地开关结构、滑动电联接形式以及运动形式的阐述,分析了各种结构的优势,为GIS核心模块部件的改进和优化设计提供技术指导。

基于有限长线接触理论的齿轨列车齿轮齿条接触分析及齿形优化设计

为了探究齿轨列车曲线行驶时驱动齿轮与齿条轨道啮合中心距误差和轴线不平行度误差对接触应力分布的影响,基于有限长线接触理论,建立了综合考虑两种误差的齿轮齿条接触应力分析模型;通过与误差条件下的齿轮齿条接触有限元仿真进行对比,证明建立的模型具有良好的计算精度。基于该模型,研究了不同误差水平和综合两类误差作用下的接触应力响应,揭示了两类误差对接触应力分布的影响机理,并据此提出应对措施。研究结果表明,提出的接触应力分析模型能准确反映啮合中心距误差和轴线不平行度误差综合作用下齿轮齿条的接触情况;接触应力水平随啮合中心距误差的增大而增大,接触应力轴向不均匀程度随轴线不平行度误差的增大而增大;啮合中心距误差会加剧轴线不平行度误差引起的轴向接触应力不均匀性,轴线不平行度误差对啮合中心距误差的作用效果有轻微的抑制作用;啮合中心距误差的内在作用机理是减小了相同载荷水平处的承载面积,轴线不平行误差的内在作用机理是曲线内侧的齿轮齿条率先接触,产生了更大的变形;齿轮挖根可消除轴线不平行误差的影响,齿轮螺旋线修形可降低轴线不平行误差的影响。

桁架-齿轮齿条式平台桩腿导向装置设计优选

位于升降基础内的导向装置是桩腿升降过程中所依赖的重要组件,平台的频繁升降也极易使导向装置造成损伤和脱落。通过选取三型具有典型代表意义的自升式平台,对其导向装置布置、限位方式、耐磨板与齿尖间隙以及固定方式等方面进行理论论证和案例分析,对所选取的三型平台导向装置设计特点和优劣进行对比并得出结论。

齿轮齿条式三通小车设计与应用

针对传统电动推杆式的三通小车在皮带作业流程运转中存在的推杆不同步、三通小车不能对位的问题,提出一种新型齿轮齿条机构驱动的三通小车优化设计方案,设计了齿轮齿条式机械驱动方式,优化了整体驱动结构。实际应用表明,该方案可减少物料转载系统三通小车的故障率,增强设备稳定性,提高作业效率。

伸缩式链条输送机设计及应用

在自动化立体仓库输送系统中,穿过防火卷帘门区域有2种类型的链条输送机,分析这2种链条输送机的特点和不足,设计出1种新型伸缩式链条输送机。文中介绍伸缩式链条输送机的组成、工作原理、结构,根据伸缩机构的运行情况,进行导轨滑块的受力分析、齿轮齿条的功率扭矩计算。伸缩式链条输送机具有运行稳定可靠、伸缩距离长、标准化设计等特点,适用于不同规格的防火卷帘门。

一种矫直机换辊车设计方案

本文针对皮带电机驱动形式以及液压缸驱动形式的两种统矫直机换辊小车在使用中存在的车轮打滑、更换检修困难,影响换辊效率等问题,根据生产要求和现场工况,采用一种新的改进设计方案:采用齿轮齿条同步装置,使换辊小车装置在齿轮齿条机构作用下同步受力;同时将皮带传动机构改为电机与传动轴直连的方式,避免采用皮带传动方式造成的皮带轮磨损;其次在设计上将轴承座设计为一高一低结构形式,使得整体机构安装及拆卸更加便捷,节省检修维护时间。

抽油机长环形齿条复合修形研究

齿条式抽油机是各油田广泛使用的采油设备,针对齿条式抽油机出现的过渡啮合干涉问题,首先建立了齿轮齿条实体模型,结合理论计算进行了网格无关性及精度检验;其次通过动力学分析得到了抽油机齿轮过渡啮合干涉原因;针对各干涉位置进行了复合修形,对比分析了不同修形方案对抽油机驱动齿轮齿面接触应力的影响;基于线性累积疲劳损伤理论分析了抽油机驱动齿轮的疲劳周期性,计算了不同修形方案下的齿轮疲劳寿命,得到了最佳修形方案。研究表明,齿轮啮入与啮出过渡中,存在干涉过程,通过对齿条干涉位置进行复合修形,可以有效消除干涉引起的应力集中,显著延长齿轮疲劳寿命。

齿轮齿条机构多点蚀形貌应力及疲劳寿命分析

针对齿轮齿条式抽油机疲劳寿命不足的问题,对齿轮齿条点蚀产生的接触应力和疲劳寿命进行了研究。首先,采用参数方程建立了实体模型,结合赫兹接触理论对模型进行了精度对比;其次,分析了不同工况下多点蚀形状对于应力产生的影响;最后,计算了多种点蚀对于齿轮齿条机构疲劳寿命的影响。结果显示,低速重载工况下,各点蚀形貌的最大接触应力和最小疲劳寿命都出现在点蚀缺陷的接触长度改变最大处,椭圆形和正六边形点蚀受形貌影响最大。

抽油机齿轮齿条升降机构啮合仿真分析

齿轮齿条升降机构的动力学特性是影响其工作性能的重要因素。为了获取齿轮齿条啮合传动时轮齿啮合力的变化规律,以某型齿条式抽油机为研究对象,采用参数方程建立了齿轮齿条升降机构实体模型;基于ANSYS进行了静态接触分析,研究齿轮齿条应力应变分布,并与理论计算值进行了对比。运用ADAMS仿真模拟了齿轮齿条在不同载荷作用下的动态啮合力,研究了齿轮转速对啮合力的影响。分析结果表明,在上换向段啮合过程中存在短暂的卡滞状态导致啮合力急剧增大,在下换向段啮合过程中由于接触面积变小,齿轮齿条存在一定程度的开脱导致啮合力急剧减小;在抽油机运行过程中应尽量避免齿轮的高速运转,确保低速、匀速的工作环境对抽油机升降机构的平稳安全运行具有重要意义。

基于运行工况的三峡升船机齿轮齿条载荷与润滑状态分析

三峡升船机齿轮齿条属低速重载开式硬齿面齿轮传动,一旦润滑不良极易产生齿面胶合等损伤,影响升船机运行的安全性和可靠性。根据三峡升船机的实际运行数据,采用油膜厚度准则系统分析了各种典型工况下齿轮齿条的润滑情况,推导了匀速工况时船厢误载水深与膜厚比之间的关系,计算了典型误载水深下润滑状态最危险啮合点的膜厚比;确定了船厢变速时齿轮齿条最差的润滑状态,分析了变速运行典型工况下的润滑状态与船厢水深的相关关系,进一步确定了较易产生胶合损伤的位置。结果表明,升船机匀速运行时,厢内水位处于最佳水位时,齿轮齿条的润滑状态最好;偏离最佳水位时,膜厚比随误载水深呈λ∝±Δh^(-0.13)的幂函数形式下降;齿轮齿条处于最危险啮合点时,齿轮齿根与齿条齿顶相接触且在大误载水深下齿面间的润滑状态更为恶劣;升船机变速运动时,润滑状态较差的工况为船厢水深为3.6 m时的上行加速和下行减速;因齿条上齿面接触频率高、润滑状态较差,发生胶合损伤的风险更高。

大模数齿轮齿条副剥落故障啮合刚度分析

为了研究大模数齿轮齿条传动副在齿面剥落故障情况下的啮合刚度,以三峡升船机齿轮齿条传动系统作为研究对象,在沿齿宽方向上设置了3种不同长度的剥落尺寸来模拟不同程度的剥落故障,采用能量法分析了正常工况下和剥落故障工况下齿轮参数变化对啮合刚度的影响;同时,采用有限元方法对啮合刚度进行分析,并将其结果与解析法进行对比,验证了解析法的正确性,实现了剥落故障条件下齿轮齿条副啮合刚度的快速计算,对大模数齿轮齿条传动的动力学分析具有重要意义。

基于齿轮齿轨传动的斜拉桥多点支撑转体系统设计及应用

跨襄阳北编组站大桥为转体斜拉桥,转体时梁面以上塔高73 m,最大转体重量32000 t,为提高转体过程中桥梁的抗倾覆稳定性,设计了基于齿轮齿轨传动的多点支撑转体系统。转体系统主要由转动系统(中心球铰、常规撑脚、滑道、齿条)及辅助支撑系统(驱动承力支腿、电气控制系统)组成。中心球铰设计最大承载28000 t,6个驱动承力支腿总设计承载6000 t,通过6个驱动承力支腿的齿轮啮合齿轨实现桥梁转体。该转体系统通过降低中心球铰承受的竖向荷载,改善了承台及桩基的受力状态;转体过程中6个驱动承力支腿实时与滑道保持接触状态,提高了转体桥梁的抗倾覆稳定性。对转动结构和辅助支撑系统受力进行计算,结果表明该转体系统受力满足要求。工程实践验证了该转体系统的可靠性。

焊接机器人齿轮齿条机构疲劳寿命仿真分析

针对焊接机器人龙门架组件齿轮齿条传动机构长期运行中易发生疲劳损坏的问题,提出利用ANSYS与nCode软件联合对齿轮齿条进行疲劳分析。建立齿轮齿条有限元模型,结合实际工况定义边界条件;在极端工况下对齿轮齿条进行瞬态动力学分析,得出最大穿透量较小,不会发生穿透现象,且最大等效应力远小于屈服极限,满足强度设计要求。为了研究不同摩擦系数、转速及负载对齿轮齿条在动载条件下疲劳寿命的影响,采用nCode DesignLife软件进行仿真分析,研究结果表明:在动载条件下,摩擦系数对齿轮齿条啮合时产生的等效应力影响较明显,转速对疲劳循环次数影响最大,摩擦系数对齿轮齿条疲劳损伤的影响最明显,该研究成果可为齿轮齿条抗疲劳优化提供理论指导。

基于载荷谱的三峡升船机齿条疲劳寿命评估

针对三峡升船机齿轮齿条在全寿命周期内可能面临疲劳失效的问题,基于驱动电动机以及同步轴转矩计算出的齿轮齿条载荷,构建了包含受力齿面、载荷循环次数的齿条载荷谱;结合齿条的S-N曲线、Miner线性累积损伤准则,计算了齿条在设计寿命35年内的损伤度及剩余疲劳寿命。此外,采用累积迭代法计算了齿条的接触、弯曲安全系数,实现了齿条实际载荷与设计载荷下安全系数的相互对比与运行安全性能验证。研究表明,齿条上齿面的啮合次数较多,其概率为73.03%;在设计寿命内,齿条上齿面的接触疲劳总损伤度为1.65×10^(-12),按载荷谱的总循环次数为1.87×10^(17);齿条上齿面的弯曲疲劳总损伤度为8.15×10^(-14),按载荷谱的总循环次数为3.78×10^(18),齿条在设计寿命35年后具有很长的剩余疲劳寿命;齿条的接触安全系数SH=2.958,弯曲安全系数SF=8.106,均大于所选取的较高可靠度下的最小安全系数与设计载荷下的计算安全系数,升船机齿条的安全裕量充足。研究丰富了超大模数齿轮齿条疲劳寿命领域的相关研究,为三峡升船机的运行维护提供了理论基础和数据支撑。