一种考虑齿轮副连续啮合过程的接触有限元动力学分析方法

在系统分析齿轮副连续啮合过程不同典型啮合状态特点的基础上,提出了一种可以考虑齿轮副连续啮合过程中啮合齿对变化,受载弹性变形以及滑动摩擦等影响因素的接触有限元分析方法.利用该方法对三种考虑不同因素的齿轮副模型进行了对比分析,并得到了各种因素对齿轮副连续啮合过程动态传递误差及动态接触力特性的影响.研究表明:该方法可以真实模拟齿轮副连续啮合过程中单、双齿对啮合及其交替啮合状态的动力学特性,包括滑动摩擦引起的节点冲击,受载弹性变形引起的啮入、啮出冲击以及时变刚度等激励特性;并可以得到啮入、啮出冲击的大小及作用时间,以及滑动摩擦和齿廓修形对动态啮合特性的影响;动态啮合特性分析结果与齿轮副连续啮合状态的特征完全吻合.      

齿轮传动线外啮出冲击建模与计算

基于齿轮传动线外啮出冲击原理,提出在啮合线方向上构建含系统等效误差和齿对综合变形的啮出冲击计算模型.根据齿轮变形随载荷变化的曲线推导出线外啮出冲击点的综合变形.将系统等效误差与齿对综合变形沿啮合线方向进行合成,求出线外啮出点与冲击点的位置.根据啮合点法向速度相等原理,求解线外啮出过程中被动齿轮最小转速和啮出冲击速度,进而求解出线外啮出冲击力.结果表明:线外啮出冲击力为啮入冲击力的70%~80%.即啮出冲击对齿轮传动较啮入冲击的影响要小,验证了啮出冲击和啮入冲击对"啮合合成基节误差"具有不同的作用效果.     

航空发动机中央传动失效故障分析

某型航空发动机在使用时发生中央传动失效故障,故障首断件为中央传动从动锥齿轮,断口性质为高周疲劳。为剖析 齿轮啮合与故障之间的关系,建立了包含主、从动锥齿轮的有限元模型,采用准静态的方法将啮合过程分成50个加载步,分析啮 合过程中从动锥齿轮应力分布情况。结果表明：在啮合过程中从动锥齿轮最大应力位置不是裂纹起始部位。通过行波共振分析、 振动应力测试、加工缺陷影响分析及故障复现试验,确定故障发生的主要原因为从动锥齿轮4节径后行波共振和啮合状态较差, 而故障位置加工状态较差对故障的发生也起到促进作用。分析结果表明：齿轮节径型振动是航空发动机齿轮主要的破坏原因之 一,在工作转速范围内节径型前、后行波振动均有可能被激起;齿轮啮合状态异常会显著提高振动应力水平。采用调整齿数、齿 宽、辐板厚度等方式可将共振转速调出常用工作转速范围,避免齿轮发生振动疲劳破坏。     

高速人字齿轮副风阻损失及其影响因素分析

建立高速人字齿轮副外部空气的流体动力学模型,基于RNG （re-normalization grop）k-ε湍流模型及动网格技术,仿真分析了齿轮周围气流瞬态特性,阐明了齿轮风阻损失机理,研究了齿轮副转速、转向和螺旋角变化对风阻功率的影响规律。结果表明：齿轮副风阻损失主要来源于齿面压差力矩,风阻功率近似与转速的3次方成正比;齿轮副正反转将改变轮齿周围气流方向及齿面最大压差位置,但对风阻功率无影响;螺旋角增大有利于降低风阻功率,螺旋角越大,齿轮副风阻功率降低越显著。单齿风阻力矩曲线呈周期变化,通过啮合区时出现增大-减小至负值-再增大-减小至平稳的波动特性,在非啮合区时趋于平稳;单齿风阻力矩波动值随转速增大而增大,随螺旋角增大而减小。     

基于确定接触迹线的点接触齿轮副构建及实验

提出一种点接触齿轮副,在已知齿面上根据设计需要确定接触迹线,推导其共轭曲线,将齿廓曲线沿共轭曲线扫掠后形成轮齿齿面,构建与已知齿轮正确啮合的配对齿轮,并推导该齿轮副的滑动系数计算方法;以渐开线内齿轮为已知齿轮,设计以抛物线齿面作为轮齿齿面的配对齿轮,进行齿轮样机制造和效率实验研究。结果表明,该齿轮副在啮合过程中时刻保持点接触状态,啮合点沿着理论接触迹线移动,与理论分析一致;滑动系数的大小取决于齿轮两端选取啮入点和啮出点所对应的渐开线参数值范围;实验后齿轮副实际接触迹线与理论接触迹线一致,且效率稳定在97.2%~98.5%。      

基于接触有限元的齿轮副扭转共振分析

以典型斜齿轮副为对象，基于接触有限元法，先模拟其准静态啮合过程并求解啮合刚度，并与国家标准偏差值进行了对比，证明了分析方法的正确性.再模拟其动态啮合过程，通过对啮合力响应进行频谱分析识别出扭转振动的固有频率，并与绘制频响曲线的识别结果一致.在此基础上，数值模拟了该齿轮副扭转共振的发生、发展和稳定过程，定量分析了共振状态下的典型动力学参数响应.结果表明:脱离啮合现象的发生使齿轮副的啮合冲击更为显著，共振状态下的最大应力值相比啮合频率为3000Hz时增大了20%.      

航空发动机齿轮副动态啮合过程与齿根裂纹扩展轨迹影响因素研究

为了研究航空发动机中附件齿轮箱中的一对齿轮副在动态啮合过程中的响应特性和齿根裂纹的扩展对齿轮系统的影响,利用有限元仿真分析法,基于显示动力学和线弹性断裂力学研究了该齿轮副动态啮合过程和齿根裂纹扩展轨迹影响因素。含有齿根裂纹的齿轮在啮合过程会产生额外的振动和噪声,会引起转速、啮合力、啮合频率、接触应力产生较大波动;齿根裂纹的扩展轨迹不同会导致齿轮系统两种典型的失效模式:轮缘断裂失效或齿断裂失效,发生轮缘断裂的可能性受到轮缘厚度与齿高比值和裂纹初始位置的影响,会随着该比值的减少和初始裂纹位置沿着齿根方向下移而增大,初始裂纹方向对裂纹扩展轨迹影响很小可以忽略。研究成果在工程中可以为齿轮结构的故障监测和结构设计提供参考。     

航空直齿轮喷油润滑油气两相流分析

针对航空直齿轮喷油润滑的啮齿瞬时流体状态进行研究,首先对航空直齿轮在喷油润滑工况下一个轮齿的啮合过程与润滑状态作了分析,然后建立了适合齿轮喷油润滑油气两相流分析的瞬态数学计算模型,最后通过计算流体动力学软件对其进行了建模与仿真计算.计算得到了齿轮啮合过程中啮合迹上每一个啮合点的油气率与入口压力数值及其在啮合过程中的变化规律.计算结果为进行齿轮弹性流体动力润滑和混合润滑的计算与分析提供了准确的流体状态参数以及压力入口边界条件.      

球齿轮传动齿廓接触特性分析

 对球齿轮齿廓进行了接触特性研究。在建立了球齿轮齿廓曲面方程和啮合模型基础上,利用计算机仿真的方法对其进行了齿面接触分析研究。针对球齿轮啮合传动时接触形式表现为轮齿凸面与马鞍面之间的点接触,对啮合齿面的接触椭圆进行了分析计算,确定了接触椭圆的方向和尺寸,得到了球齿轮机构在任一偏摆平面内啮合传动时接触椭圆的变化规律：在轮齿根部和顶部啮合时,接触椭圆较小,因而接触应力较大;而在轮齿中部啮合时,接触椭圆较大,所以接触应力较小。上述结论对进一步研究球齿轮的传动理论与实际应用具有重要的指导意义。     

干运转下连轴弧齿锥齿轮的瞬态热分析

为了模拟干运转下弧齿锥齿轮的温度场,根据齿轮啮合原理并考虑热量向轴的传导建立了连轴弧齿锥模型。在对热源、热传导和对流换热参数分析的基础上,建立了连轴弧齿锥齿轮瞬态热分析模型,得到了两种转速下的瞬态温度场和温升曲线,并与传统单齿模型的计算结果进行了对比。结果表明:5kr/min转速下的最终温升和温升速率相较于3kr/min转速下的结果明显更高,且两种转速的齿面温度之差沿啮合点向两端逐渐减小;在最初的5s内,单齿模型的计算结果与连轴弧齿锥模型基本一致,但随着时间的推移单齿模型的最高温升相比于连轴弧齿锥模型将更高。     

喷油方位参数对航空直齿轮喷油润滑过程的影响

通过对航空直齿轮喷油润滑过程的深入分析,对影响齿轮啮合点润滑初始条件的喷油方位参数进行了系统的定义,并在此基础上建立了喷油润滑过程的计算流体动力学(CFD)模型,分别对喷油角度、喷油点位置以及喷油距离3个喷油方位参数的喷油润滑过程进行了计算,得到了齿轮不同啮合瞬时的射流状态,并对不同喷油方位参数下齿轮啮合过程中接触点入口处的油气率与气液总压变化规律进行了比较.结果表明:当采用啮入侧喷油润滑时,为了得到更好的润滑效果,应该使喷油嘴向主动轮偏离一个小的角度,同时使喷油点位置向啮入侧偏离,而对于喷油距离,则应视结构、工况综合考虑而定,但并不是一般认为的越近越好.      

某型直升机中减速器飞溅润滑流场特性分析

为了分析某型直升机中减速器飞溅润滑内部流场特性,基于计算流体动力学(CFD)方法,运用流体体积（VOF）多相流模型和湍流模型,建立了包含齿轮箱体、螺旋锥齿轮和导油器等部件的中减速器飞溅润滑数值仿真模型,得到了中减速器飞溅润滑过程中的流场特性,实现了中减速器内部瞬态流场的可视化,分析了齿轮转速、浸油深度对关键位置润滑油流量的影响。结果表明:齿轮啮合处润滑油流量与齿轮转速、浸油深度成正相关;导油管内润滑油流量与导油器油量饱和值有关,当油量大于该值时,导油管内润滑油流量随着齿轮转速的增大而增大,随着齿轮浸油深度的增大而不变。搭建了螺旋锥齿轮箱飞溅润滑试验系统,将飞溅润滑过程中圆孔润滑油流量试验结果与相应的仿真结果进行对比,最大误差为9.5%,验证了仿真方法的正确性。      

转子—齿轮联轴器系统的弯扭耦合振动研究

根据内齿轮副的啮合条件和拉格朗日方程,在旋转坐标系中建立了转子-齿轮联轴器系统的弯扭耦合振动方程。对方程进行数值积分求解,结果表明,对于对中良好的轴系,弯扭耦合与弯扭解耦时其瞬态响应的低阶频率值非常接近;对于不对中轴系,弯扭耦合会产生偶数倍频的弯曲振动分量和奇数倍频的扭转振动分量。      

齿轮瞬态温度场的仿真分析

以直齿圆柱齿轮为研究对象,基于能量守恒定律和傅立叶定律推导了齿轮瞬态温度场的导热微分方程,根据定解条件确定了齿轮各个界面边界条件,运用有限元方法和传热学理论建立直齿圆柱齿轮模型,加载边界条件,并对其瞬态温度场进行仿真,得到了不同周期的温度场分布和节点温度变化曲线,系统地分析了其温度场随时间的变化.结果表明:温度随着啮合周期的增多而增高;在啮合阶段节点温度有一急剧升高,在退出啮合后进入非啮合阶段,温度逐渐降低;啮合阶段温升大于非啮合阶段温度的下降,该节点温度总体趋势升高.分析结果符合实际,为齿轮的热分析奠定了坚实的基础.     

基于动力学的齿轮传动系统动载系数计算方法

从动力学的角度建立直齿轮传动系统的弯-扭动力学模型。运用当量啮合误差原理将齿轮的制造误差和安装误差转换到啮合线上,并建立系统的微分方程组。计算直齿轮传动系统的动载系数并分析误差及齿轮啮合刚度对齿轮传动系统动载系数的影响。分析表明:齿轮的误差增加时,齿轮啮合动载荷增加,动载系数增大;当齿轮副的啮合刚度增加时,齿轮的弹性变形减小,齿轮啮合动载荷减少,动载系数降低。因此,减少齿轮的误差、提高齿轮的啮合刚度是减小齿轮动载荷,降低动载系数的方法之一。     

弧线齿面齿轮齿面接触分析

为了提高面齿轮副的强度并解决其磨齿问题,提出了弧线齿面齿轮副的一种新的加工方法,并研究其啮合特性.用有刀倾的刀盘旋转而成的切削面作为假想齿轮的齿面,模拟产形齿轮和被加工齿轮啮合过程.推导弧线齿面齿轮副齿面方程;根据两齿面在啮合过程中连续相切条件.建立了考虑安装误差的轮齿接触分析(TCA)模型;齿轮副计算机啮合仿真结果表...     

弧齿锥齿轮加工参数的全局优化设计

本文通过局部综合法对齿面一阶和二阶接触参数进行预控,在此基础上,全面考虑了齿轮副在小端、中部、大端啮合时的接触印痕和传动误差,通过对可选加工参数的优化设计,消除了齿轮副的三阶接触缺陷。      

齿轮剥落故障信号的LMD包络谱分析

齿轮剥落故障是常见的齿轮故障形式。为了对齿轮剥落故障特征进行分析,提出了一种利用局部均值分解(LMD)结合包络谱分析的频谱分析方法。为了进行对比,使用该方法分别对正常齿轮和剥落故障齿轮的振动信号进行了分析。分析结果表明,正常齿轮振动信号各乘积函数(PF)分量的幅值谱和包络谱主要包含齿轮的啮合频率及其倍频、大齿轮转频及其倍频成分。剥落故障齿轮振动信号各PF分量的幅值谱和包络谱除了包含上述正常齿轮振动信号的特征谱线外,还包含大齿轮转频的倍频对齿轮啮合频率及倍频的调制频率成分。     

直升机动力传动系统扭转振动整体传递矩阵分析

研究了复杂多轴齿轮传动系统整体传递矩阵方法及在直升机动力传动系统扭转振动分析中的应用.首先说明了直升机传动系统传递矩阵方法力学模型,推导了传动系统中典型齿轮副啮合传递矩阵、并车级和行星级齿轮啮合传递矩阵,说明了这种具有多种齿轮副啮合的复杂多轴系统整体传递矩阵模型组集方法,最后用这种方法进行了典型直升机动力传动系统扭转振动特性分析,讨论了这种直升机动力系统振动特性的特点.      

信号周期分段处理法诊断单级传动齿轮副故障

为了诊断单级传动齿轮副故障,本文提出信号周期分段处理的方法。首先同步整周期采集振动信号,然后对采集的振动信号做时域平均,进行降噪和凸显故障脉冲的处理。利用周期分段处理法,将振动平均信号等距分段,分别对各段信号进行频谱分析。比较各段信号的时域波形和频谱的异同,可以准确诊断出单级传动齿轮副中同步齿轮故障位置,且还能诊断出非同步齿轮故障位置。数字仿真试验以及模拟故障实验结果都证实了信号周期分段处理法诊断齿轮故障的可行性和有效性;它为诊断单级传动齿轮副故障提供一种有效手段。