高强预应力体系下桥梁中部齿块锚固区性能

近年来预应力技术水平不断提升,2 200 MPa级高强度的预应力体系开始应用于铁路预应力混凝土桥梁工程建造,对于梁体锚固区特别是广泛应用在连续梁结构的中部齿块锚固区的受力提出了更高要求。基于既有1 860 MPa预应力等级的中部齿块锚固区设计,提出适应2 200 MPa预应力等级的设计方案,建立典型中部齿块锚固区有限元模型,对比分析了预应力强度等级对中部齿块锚固区受力和变形各项性能的影响,并完成了足尺试验验证。研究结果表明:预应力等级从1 860 MPa提升至2 200 MPa时,采用中部齿块锚固区尺寸不变、锚垫板尺寸和普通钢筋配筋适当增加的设计方案,可保证混凝土拉压应力、普通钢筋应力、锚固区变形基本一致,且均满足相关规范要求。

采用孔穴方法改变受载齿轮应力分布状态的研究

根据渐开线齿轮的齿廓方程,建立孔穴齿轮结构应力计算的有限元数学模型。在有限元分析的基础上,研究齿轮轮齿端面开孔对受载轮齿应力的影响。通过改变孔的大小、位置及数目来改变齿根应力的大小和分布状态,降低轮齿受拉侧齿根弯曲应力最大值,以延长齿轮的弯曲疲劳寿命。

基于空间接触的齿根过渡曲线对齿轮弯曲强度影响分析

在齿轮基本尺寸不变的情况下提高渐开线齿轮强度是一个重要课题。提出一种基于实际物理力学模型的渐开线斜齿轮三维模型空间多齿对同时接触的分析方法,应用Pro/E软件,以齿根过渡曲线分别为典型的双圆弧和单圆弧的两对变位斜齿轮模型为研究对象,按照一定的啮合角度变化,得到全方位接触分析结果,确保齿根弯曲强度结果的较高可靠性。通过对两种齿轮齿根应力的比较得出结论:算例中过渡曲线为双圆弧的齿轮齿根应力约为单圆弧齿轮齿根应力的1.3～1.5倍。最后通过VB(Visual basic)语言对Catia软件进行二次开发的方式仿真加工出上述两种齿轮模型,并在相同条件下进行有限元分析。在仿真加工出齿轮模型的齿根过渡圆弧曲率半径不完全一致的情况下,其齿根应力也满足1.3～1.5倍的结论。该分析方法可为齿根单圆弧齿轮的推广与应用提供基础支持。

双圆弧齿轮轮齿弯曲应力的研究

用三维边界元法对GB12759-91双圆弧齿轮的轮齿弯曲应力进行了分析计算,并在此基础上得出齿根应力与法向载荷之间、齿腰应力与法向载荷之间、齿根应力与当量曲率半径之间及齿腰应力与当量曲率半径之间的关系曲线.研究表明,大螺旋角或小载荷时,齿腰应力大于齿根应力.因此,齿腰应力也是关键环节,需受到重视.

齿根过渡圆角处应力的分析计算

分别用传统的材料力学的方法计算了在齿轮设计过程中 ,轮齿齿根处弯曲应力和在同样的条件下 ,用有限元方法分析了不同齿根过渡圆角齿形的齿根剖面上各点以及过渡圆角处各节点的应力值。此结果和方法为选择正确的应力集中系数 。

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。

双圆弧齿轮齿腰应力的研究

本文用回归分析法求得了ＧＢ１２７５９—９１型双圆弧齿轮的齿腰应力的计算公式。研究表明，大螺旋角或小载荷时，齿腰应力大于齿根应力。因此，齿腰是一个薄弱环节，应受到重视。

线接触圆弧齿线圆柱齿轮齿面接触变形对齿根应力的影响

本文在推导了线接触圆弧齿线(CATT)圆柱齿轮齿根应力分布系数ξ的计算式的基础上,分析讨论了轮齿接触变形对齿根应力的影响,得出了在一定条件下,接触变形有利于促使CATT齿轮接近弯曲等强度的结论.

复杂截面冷弯成形圆角减薄率工艺优化研究

目的针对复杂截面车门中导轨冷弯成形过程复杂、道次繁多、Z字筋圆角减薄率过大等问题,基于车门中导轨冷弯成形工艺,优化Z字筋圆角冷弯成形工艺和减薄率。方法利用COPRAFEA有限元仿真软件对车门中导轨成形过程进行分析,研究轧辊圆角半径、成形速度、成形策略等对圆角减薄率的影响,结合有限元分析手段不断优化工艺参数来实现中导轨Z字筋圆角精确成形,最终提出最优工艺方案并进行实验验证。结果对于大圆角成形工艺,圆角处弯曲中性层完全位于料厚范围内,在料厚方向上既有压应力又有拉应力,壁厚减薄量较小;对于小圆角成形工艺,圆角处中性层偏出内弧面,在料厚方向上均受拉应力,壁厚只存在减薄的趋势。实验结果表明,Z字筋圆角厚度由1.33mm变成1.46mm,减薄率由原来的26.1%降低至18.89%。仿真结果表明,Z字筋圆角厚度由1.29 mm变成1.52 mm,减薄率由原来的28.3%降低至15.6%。对比仿真结果与实验结果可知,仿真分析最大误差为4.1%,仿真结果具有一定的可靠性。结论最优工艺路线如下:采用大圆角、慢速成形,成形策略为中前期大圆角成形+后期小圆角成形,成形圆角半径分别为4.5、3.5、2.8、1 mm,弯折角度分别为45°、65°、78°、90°,该方案可以有效解决圆角减薄率过大的成形缺陷。

基于曲线优化提高齿轮弯曲强度的方法

为了提高渐开线齿轮齿根的承载能力,结合啮合原理和APDL语言对齿条型刀具展成的齿轮进行了参数化有限元建模。采用有理二次Bezier曲线替代齿轮原有的齿根过渡曲线,应用ANSYS内嵌的优化方法寻求有理二次Bezier曲线权因子的最优解使齿根弯曲拉应力最小,通过悬臂梁模型对优化结果进行解析计算并对啮合齿轮进行三维有限元接触应力分析。研究结果表明:对于给定参数齿轮,优化齿轮相对未优化齿轮齿根弯曲拉应力降低了约21%,解析计算结果与数值仿真结果基本一致,验证了优化结果的准确性;三维接触分析的等效接触应力基本不变而接触应力稍有减小,由于加载位置和有限元模型的不同,齿根弯曲拉应力降低的百分比有所减小。但综合来看,在齿面接触强度稍有提高的情况下,优化的齿轮比未优化的齿轮表现出较高的齿根弯曲强度,对齿轮的传动非常有利。

基于应力释放提高齿轮弯曲强度方法的研究

齿轮齿根圆角部位的应力集中是影响齿轮弯曲疲劳的重要因素,为了提高齿轮的弯曲疲劳强度,在齿面开应力释放圆孔使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力。采用二维有限元计算圆孔的半径及最佳位置,通过三维有限元模型进行验证及接触应力计算,并进行弯曲疲劳极限分析。结果表明:对于选定参数的齿轮,齿面开圆孔可以使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力,大大提高齿轮的弯曲疲劳寿命并减小齿轮质量;但应力的减小与开孔的位置及圆孔的大小有很大关系,存在最佳的圆孔大小和圆孔位置;齿轮参数不同也会引起最佳圆孔位置和大小的改变,并且齿根应力的微量减少都会使弯曲疲劳寿命大幅度提高。

渐开线齿轮滚刀刀顶圆角的设计研究

采用对称圆角和非对称圆角来设计滚刀刀顶,推导了滚刀非对称圆角半径的计算公式,通过ANSYS的APDL语言建立了滚刀范成加工渐开线齿轮的参数化有限元模型。结果表明,选择最佳对称圆角滚刀可使齿根弯曲应力降低8.3%,而采用非对称圆角滚刀可以使齿根弯曲应力降低12.4%。