弹性支撑条件下裂纹齿轮体有限元模拟与仿真

将齿轮与轴的装配支撑关系考虑为弹性支撑, 采用有限元数值分析ANSYS软件对故障齿轮的动力特性进行了模拟.研究了裂纹故障发生后齿轮动力特性的变化, 分析了不同大小和不同类型的故障对齿轮体动力特性的影响.结果表明:裂纹的大小和位置对动力特性都有影响, 但裂纹发生位置的影响要大于裂纹大小的影响, 即处于齿轮结构体中部的缺陷要比处于外边缘的缺陷对动力特性影响大.另外, 探讨了仿真时设置弹性支撑边界条件的方法, 并通过与固定支撑和自由支撑边界条件的比较, 给出了弹性支撑条件下分析结果的真实性和有效性, 为齿轮故障发生机理和诊断的研究提供了一种方法.      

齿轮减速器系统可变固有特性动力学研究

考虑到齿轮传动啮合刚度的波动和传动误差的影响以及轴承支撑刚度的作用,对二级齿轮减速器传动系统进行了理论建模和动态响应分析,并与实验结果进行了比较。结果表明,齿轮传动在单齿啮合区和双齿啮合区之间啮合刚度变化较大;减速器系统的动态特性 (固有频率、固有振型、阻尼等 )随啮合周期而发生变化,呈现出一种可变的动态固有特性。故对于系统进行研究时,可分别按单齿区和双齿区平均啮合刚度进行分析,一般可以满足实际工程要求。     

裂纹故障齿轮结构声振特性与模拟研究

将齿轮结构按照圆盘来等效处理,建立了故障齿轮的动力学分析模型与声学模型,分别分析了径向裂纹和弧向裂纹情况下齿轮体的振动辐射声压与声场指向特性,研究了裂纹对齿轮结构辐射声场特性的影响.综合利用ANSYS及MATLAB软件模拟计算得到裂纹齿轮结构在r=0.5 m球面上的声压指向分布及轴向声压分布,探讨了不同的裂纹类型和不同的裂纹大小对齿轮结构振动声特性的影响程度,通过对模拟研究结果的分析比较与评价来说明裂纹的位置、形状以及裂纹大小对齿轮结构声场特性的影响大小和影响规律,为采用声学方法来诊断齿轮故障奠定了基础.      

含裂纹梁的动力特性

 本文研究了含裂纹梁的动力特性。首先,由应力强度因子积分得到含裂纹单元体的刚阵,继而提出了一种有限元方法。将该方法应用于单边裂纹悬臂梁,计算出不同裂纹长度与位置时梁的固有频率,结果与实验值吻合良好。最后,给出了一种确定裂纹位置的简捷方法。     

裂纹参数和筋条布局对共振九宫板动态应力强度因子的影响

由于裂纹的出现会改变振动结构的断裂行为,本文建立了含中心裂纹九宫板结构的有限元模型并采用模态叠加原理快速求解出该结构在共振条件下的裂纹尖端应力强度因子（SIF）,然后分析并讨论了裂纹参数（偏转角度和裂纹长度）及筋条布局对应力强度因子的影响。结果表明：随着裂纹偏转角度的增加,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型应力强度因子最大值分别表现出不同的变化趋势（单调增加、无显著变化、先增加后减小）;裂纹长度同时影响应力强度因子最大值和裂纹类型;对于裂纹参数相同的九宫板,筋条布局改变了结构的模态振型,从而导致不同裂纹类型出现;特别地,当九宫板中央区域为正方形时,应力强度因子最大值和裂纹类型对裂纹偏转角度不敏感。     

变截面旋转裂纹梁横向振动特性的研究

对损伤结构进行动力特性分析是进行无损检测的重要基础,而对于旋转梁结构的裂纹损伤动力特性研究,却鲜有文献涉及。以变截面旋转裂纹梁为研究对象,对其横向振动特性进行研究,提出一种求解变截面旋转裂纹梁横向振动特性的新方法。首先利用扭转弹簧模拟裂纹效应,建立含裂纹梁局部柔度模型,然后采用Frobenius方法求解振动方程,得到方程的级数解析解,并研究裂纹位置和深度对振动频率的影响,分析不同损伤程度、不同转速工况下梁的前两阶固有频率变化情况。结果表明:本文方法是有效的,转速和损伤程度的变化并非独立影响梁的固有频率,两者间具有耦合作用机理,对于变截面梁同样成立。     

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。     

单边缺口拉伸试样喷丸强化残余应力及其三维应力强度因子分析

采用有限元计算软件ABAQUS/Explicit建立40Cr钢单边缺口拉伸(SENT)试样喷丸强化的三维有限元模型,分析各喷丸参数与强化后残余应力场的关系。用三维裂纹权函数法求解了三维表面裂纹在喷丸残余应力场下的应力强度因子,并分析各喷丸参数对残余压缩应力强度因子K_res的影响。计算结果表明:当裂纹尺寸较小时,表面残余压缩应力越大,残余压缩应力强度因子绝对值-K_res越大;随着裂纹尺寸的增加,残余压应力层越深,-K_res最大值的发生位置也越深;当裂纹达到一定尺寸时,-K_res受残余压应力场深度变化规律的影响,即残余压应力场的深度越大,-K_res越大。     

辐板式结构齿轮传动系统的振动

本文以一个典型的齿轮传动系统为例,讨论了辐板式结构对系统固有频率和振型等动态特性的影响,并进一步计算了当辐板柔度不同时系统的动态响应,得到了轮齿上的动载荷,分析了辐板柔度的影响和附加阻尼的效用,得出一些规律性的结论,以指导辐板结构的设计及其在减振降噪方面的应用。      

具有接触接合面的篦齿封严组件振动特性分析

运用弹性力学理论研究了篦齿封严组件及其减振结构之间过盈装配压力和接触刚度的求解方法,在此基础上给出了具有接触接合面的封严环/阻尼片组合结构动力特性的分析方法,并且研究了阻尼片厚度、阻尼片周向分布数量、装配过盈量等参数对结构动力特性的影响规律.转动情况下封严环离心应力与阻尼片厚度近似成线性关系;阻尼片的周向分布数量影响封严环的固有频率和振型;阻尼片沿周向分布数量越多,应力分布越均匀,封严环的离心应力越小.     

航空发动机主传动弧齿锥齿轮的接触特性研究

依据航空弧齿锥齿轮的加工原理, 建立了弧齿锥齿轮的切齿共轭方程;在考虑误差和支承刚性的条件下, 对航空锥齿轮的接触特性进行了研究, 并分析计算了误差及支承刚性对齿轮副的接触印痕和运动曲线的影响。结果表明:弧齿锥齿轮传动对沿主动轮轴向的偏移和轴间夹角的偏移比较敏感。研究问题的方法和所得的结论, 为高性能航空锥齿轮传动的研制提供了手段和依据。      

弹性支撑条件下齿轮体的动力特性与啮合齿的动力响应

 结合齿轮的实际工作状况，建立了齿轮结构的弹性体动力学模型，进行了弹性动力学分析,得出了齿轮的弹性固有特性; 考虑了弹性支撑轴对齿轮体振动的影响，将其处理为弹性支撑，推导了弹性支撑弹簧刚度的表达式,并在弹性边界条件下，考虑了弹性圆盘对啮合齿响应的影响，建立了齿轮支撑系统的动力模型和轮齿响应计算模型，研究了齿轮支撑系统的固有特性,并与实验结果进行了对比验证; 求解了啮合齿的动力学响应，并进行了模拟仿真。研究表明采用弹性支撑条件进行齿轮支撑系统分析是真实、精确的，为齿轮弹性体的动载荷计算、动态设计和齿轮传动系统的精确动力学研究提供了一种分析方法。     

高重合度外啮合齿轮齿根弯曲应力计算方法

针对高重合度外啮合直齿圆柱齿轮副,对其齿根弯曲应力计算方法进行了研究.计算了高重合度齿轮的轮齿变形和刚度,对单个轮齿承受的载荷进行了研究,给出了高重合度齿轮齿间载荷分配率的定义和计算方法.以高重合度齿轮的双齿啮合界点作为计算载荷的加载点,给出了高重合度齿轮齿根过渡曲线30°切线位置危险截面的双齿啮合区界点的齿形系数和应力集中系数计算方法,获得了齿根危险截面弯曲应力的计算公式；采用CL 100齿轮试验机,设计了不同重合度的外啮合齿轮副,测量了其齿根的弯曲应力数值,试验结果表明:在高载荷下主动轮的齿根弯曲应力理论计算误差小于7.85%，从动轮的计算误差小于9.8%；低载荷下主动轮的齿根弯曲应力理论计算误差小于24.1%，从动轮的计算误差小于19%.      

某型发动机离心通风器齿轮轴组件焊接区域裂纹故障分析

介绍了某型发动机的离心通风器齿轮轴组件在焊接区域裂纹故障的现象。通过结构分析、断口金相检查,并对齿轮轴组件进行了强度、固有频率、共振转速计算和动应力试验研究,结果表明该齿轮轴组件焊接区域裂纹故障属高周疲劳破坏;焊缝与工艺挡边相交处的应力集中较高是导致裂纹故障的主要原因。据此提出排故措施,并完善齿轮结构设计,进行了动态特性分析与试验验证,效果良好。     

弧齿锥齿轮波动共振条件分析

应用弹性理论和波动理论, 推出旋转盘形弧齿锥齿轮波动响应的模态解, 重点讨论了啮合力F对齿轮波动共振的影响。给出了弧齿锥齿轮波动共振的条件。      

基于解析解的人字齿轮齿廓修形动态分析

根据人字齿轮传动的结构,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙,并把齿廓修形作为一种时变齿侧间隙计入,建立了单级人字齿轮传动的弯-扭-轴耦合动力学模型和相应的非线性动力学方程.对方程的数值解进行分析,发现合理的修形使人字齿轮传动不发生齿面的完全分离.基于多尺度法对不发生齿面完全分离时的人字齿轮传动系统进行了摄动分析,得到了系统在主共振频率附近幅频响应的近似解析解.相比数值方法,解析法具有很高的求解效率.最后,根据近似解析解研究了修形参数对动载系数幅值的影响.研究发现:螺旋角越大使动载系数最小所需的修形量越大,而所需的修形长度越小.另外,使动载系数最小的最优修形参数解域呈新月形,其随着主动轮支承刚度的增大而先增大后减小;随着被动轮支承刚度的增大而持续减小.      

复杂激励下涡轴发动机中央从动锥齿轮故障机理

针对某小型涡轴发动机燃气发生器转子前端中央从动锥齿轮发生的疲劳断裂故障,同时考虑了齿面高频啮合激励作用和转子-从动锥齿轮耦合振动带来的影响,研究了从动锥齿轮的振动响应特征。结果表明:齿面啮合激励会激起从动锥齿轮5节径振型,同时,转子-从动锥齿轮耦合振动会对锥齿轮产生转子转速2倍频(2×)激励,并激起锥齿轮的俯仰模态振型,除此之外,齿面附加约束作用改变了该振型下的振动应力分布、使疲劳裂纹沿径向扩展,与故障现象相符,证明了该故障机理分析的正确性。     

圆锥齿轮行波共振应力响应仿真计算

文中叙述了圆锥齿轮行波振动和行波共振的概念。利用圆柱直齿轮齿间啮合力的形状函数,组织了对圆锥齿轮行波共振的仿真激励函数。算出了圆锥齿轮的二、三节径行波共振应力响应。算出的应力响应幅值与实测值比较一致。     

Nonlinear dynamic modeling of a helicopter planetary gear train for carrier plate crack fault diagnosis

Planetary gear train plays a significant role in a helicopter operation and its health is of great importance for the flight safety of the helicopter. This paper investigates the effects of a planet carrier plate crack on the dynamic characteristics of a planetary gear train, and thus finds an effec-tive method to diagnose crack fault. A dynamic model is developed to analyze the torsional vibra-tion of a planetary gear train with a cracked planet carrier plate. The model takes into consideration nonlinear factors such as the time-varying meshing stiffness, gear backlash and viscous damping. Investigation of the deformation of the cracked carrier plate under static stress is performed in order to simulate the dynamic effects of the planet carrier crack on the angular displacement of car-rier posts. Validation shows good accuracy of the developed dynamic model in predicting dynamic characteristics of a planetary gear train. Fault features extracted from predictions of the model reveal the correspondence between vibration characteristic and the conditions (length and position) of a planet carrier crack clearly.