航空弧齿锥齿轮齿面接触应力计算与优化

本文在弧齿锥齿轮的轮齿接触分析 (TCA)和承载接触分析 (LTCA)的基础上 ,根据计算所得的齿面接触点附近的准确几何形状 ,一定载荷下的齿间载荷分配和齿面载荷分布状态 ,采用弹性力学中两个空间曲面弹性接触的计算公式 ,提出了航空弧齿锥齿轮齿面接触应力变化过程的计算方法 ,进一步结合齿轮的加工参数设计和齿面修正 ,对齿面接触强度进行了优化     

弧线齿面齿轮应力过程分析

为了给弧线齿面齿轮的齿面接触强度和齿根弯曲强度设计提供理论依据,研究了弧线齿面齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力随载荷和安装误差的变化规律.在齿面接触分析和承载接触分析的基础上应用弹性理论计算了弧线齿面齿轮副的齿面接触应力和应用有限元应力影响矩阵法计算了该齿轮副的齿根弯曲应力.给出了数字计算实例,计算结果表明:齿面接触强度和齿根弯曲强度在重载时的接触强度和弯曲强度由单齿啮合区的强度决定,轴向安装误差和轴夹角安装误差分别会增加齿面接触应力和齿根弯曲应力,轴夹角安装误差和轴间距安装误差对齿面接触应力影响甚小,而轴向安装误差和轴间距安装误差可以降低齿根弯曲应力,与直齿面齿轮相比,弧线齿面齿轮的接触和弯曲应力明显减小.      

装配偏置误差对正交面齿轮传动接触特性的影响

 分析装配误差对正交面齿轮传动的影响是开展面齿轮传动工程应用的重要基础理论之一。为了分析装配偏置误差对正交面齿轮传动接触特性的影响,建立了考虑装配偏置误差影响的点接触正交面齿轮传动坐标系;推导了正交面齿轮齿廓和过渡曲面方程以及考虑装配偏置误差影响的接触点方程,分析了装配偏置误差对传动中正交面齿轮上接触点位置的影响;根据曲面上任意点处主方向和主曲率的求解方法,分析了装配偏置误差对接触点处主曲率的影响;利用布希涅斯克问题的解法,推导了传动中正交面齿轮上接触点处接触特性方程,分析了装配偏置误差对正交面齿轮上接触点处接触特性的影响。     

Ease-off拓扑修形斜齿轮齿面黏着磨损计算方法

从ease-off差曲面拓扑修形出发，对变位斜齿轮啮合参数进行了解析，获得了齿面接触、运动与力学参数；应用离散接触线有限元，拟赫兹点接触仿真，解决了齿面边缘接触应力集中的求解问题；利用经典摩擦磨损计算模型，快捷求解了齿面瞬时接触线上的动态磨损系数，获得了两齿面磨损量三维分布云图。结果表明：主动轮齿根处磨损量远超齿顶处，从动轮齿顶处磨损略大于齿根处;主动轮啮入区磨损变化剧烈，啮出区磨损均匀，从动轮啮入区与啮出区磨损量无明显差异；抛物线修形，使齿面的磨损向齿宽中部集中，有利于改善齿面的磨损分布。选用合适的变位系数、修形量能够调整齿面的磨损分布，延长齿面的精度寿命。为变位、修形多变量耦合斜齿轮磨损计算、减摩设计提供了理论方法。     

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。     

基于辅助面的Gn连续过渡曲面的构造方法

 详细分析了采用线性组合方法构造Gⁿ连续过渡曲面时,基曲面以及重新参数化局部基曲面、调配因子和平衡因子等对过渡曲面的影响。提出基于辅助面的Gⁿ连续过渡曲面的构造方法,即设计人员可根据设计要求和设计预期,以过渡切触线为边界来构造一张辅助面,该曲面在形状上和过渡曲面很贴近,然后在两基曲面的过渡切触线附近构造较小区域的重新参数化局部基曲面,由辅助面和一张重新参数化局部基曲面线性组合构造一张中间过渡面,再由中间过渡面和另一张重新参数化局部基曲面线性组合构造Gⁿ连续过渡面,同时,选择较大值的平衡因子和调配因子λ₁,以及较小的调配因子λ₂,这样,所构造的过渡曲面和基曲面间Gⁿ连续,且形状上和辅助面非常贴近,从而达到弱化基曲面或重新参数化局部基曲面对过渡曲面的影响,以及强化设计人员设计意图的目的。     

斜齿轮齿面柔度矩阵与修形的有限元计算

提出了一套斜齿轮修形用的有限元计算程序。该程序自动生成轮齿有限元网格和齿面接触线, 计算得到接触线上结点的柔度矩阵;然后考虑支承结构与齿轮的综合变形, 由数学规划获得最佳齿面修形。计算与实验结果对比证明该程序操作简便、计算精度高, 具有工程应用价值。      

人字齿轮承载接触分析与试验

根据人字齿轮均载传动的特点,提出了人字齿轮承载接触分析的方法.首先,通过有限元法计算得到齿面柔度矩阵和轴变形产生的附加柔度矩阵,将两者叠加获得人字齿轮系统的齿面法向柔度矩阵.其次,将有限元、柔度矩阵、数学规划和齿轮(一般为小轮)的轴向移动结合在一起,计算得到人字齿轮副的承载啮合过程.最后,以一对试验人字齿轮为例,通过对齿面轻载印痕和承载传动误差的比较,结果验证了所提出的人字齿轮承载接触分析方法的正确性.      

基于等距Ease-off曲面的轮齿啮合仿真分析

提出了一种基于Ease-off曲面等距变换的轮齿啮合仿真分析方法. 利用曲面曲挠参数,给出了2阶密切曲面的定义及其拓扑方法;在2阶微分精度范围内,密切曲面与原曲面贴近,可以代替散曲面做几何解析. 利用空间坐标变换,建立了弧齿锥齿轮加工的啮合方程和通用产成模型. 基于啮合等距对应原理,求解齿面对应点的离差;利用最小二乘法,拓扑散曲面,构建Ease-off差齿面的2阶密切曲面. 基于Ease-off密切曲面参数,利用齿面接触的等距线、渐近方向,解析出齿面接触位形、接触路径、传动误差等啮合性能参数. 分析结果表明:一次性构建Ease-off的2阶密切曲面,能够获得轮齿完备的啮合信息,曲面拓扑精度可到达0.1μm;与现行的啮合仿真方法相比易于齿面反求、数值计算,啮合信息的获得也更为便捷.      

基于响应面法齿轮啮合传动可靠性灵敏度分析

建立三维参数化齿轮啮合有限元模型,利用ANSYS软件对其进行仿真计算,得到齿轮啮合的接触应力变化规律.基于响应面方法综合考虑齿轮各参数的原始制造误差以及转速、载荷等不同工况对齿轮传动的影响,对齿轮啮合传动进行多次随机虚拟试验,得出其可靠度,并以定量的概率给出各参数的可靠性灵敏度.计算结果得出了各个参数原始制造误差对齿轮...     

一种基于有限元法和弹性接触理论的齿轮啮合刚度改进算法

提出了一种将有限元法和弹性接触理论相结合的齿轮啮合刚度计算方法.该方法利用子结构法提取齿面原始柔度矩阵并分离出接触点弯曲变形,根据线弹接触变形解析公式计算接触变形,通过求解非线性变形协调方程得到齿轮时变啮合刚度和齿面载荷分布.以一对齿轮副为例,计算的啮合刚度与航空标准计算结果相差在6%以内.该方法发挥了有限元法在预测物体整体变形方面的优势,同时结合弹性接触理论能够准确计算局部接触变形的优点,与常规有限元法相比,能够有效地提升计算效率.由于接触变形问题的非线性,啮合刚度随总啮合力增加呈现非线性增大的趋势.      

准双曲面齿轮LTCA弯曲变形约束方法

针对现有准双曲面齿轮加载接触分析（LTCA）受载后得到的弯曲变形中包含由于柔性引起的变形和加载点与轮坯之间剪切变形的问题,提出了轮齿有限元模型约束方法用于消除柔性引起的变形和剪切变形。该约束方法在原有约束方法的基础上引入了约束轮坯内圈和轮齿中间平面的有限元模型,并给出了该约束方法对应的齿面法向柔度矩阵的计算过程。为验证该约束方法的正确性,将原约束方法、该约束方法及实验结果进行对比。结果表明:约束方法主要影响齿面加载接触印迹的范围,最大载荷时原有约束方法加载接触印迹到达齿面小端,而该约束方法的加载接触印迹在最大载荷时距离小端仍有3~4mm与实验结果吻合更好。      

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%.      

Effects of tooth bending damage on the leakage performance and rotordynamic coefficients of labyrinth seals

Tooth bending damage resulting from an intense impact by the rotor sometimes occurs in the transient operation. To investigate the influence of after-damage clearance and tooth bending length on the leakage performance and rotordynamic coefficients of labyrinth seals, three tooth bending damages were taken into consideration, including the unbent tooth damage (abbreviated as Unbent), the partial tooth bending damage (abbreviated as Pbent) and the complete tooth bending damage (abbreviated as Cbent). The transient CFD solution was utilized to calculate the leakage flow rates and rotordynamic coefficients of labyrinth seals with clearances of 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 mm for three tooth bending damages. The obtained result shows that the Unbent tooth damage leaks least while the Pbent tooth bending damage leaks most, and an increase of 6.1% for Cbent tooth bending damage and an increase of 19.4% for Pbent tooth bending damage are discovered at the tooth clearance of 0.6 mm in comparison with the Unbent tooth damage. Compared to the Unbent tooth damage, the effective damping for Pbent tooth bending damage and Cbent tooth bending damage is lower and drops by 9.7%–33.6% and 8.5%–22.6% respectively at the tooth clearance of 0.6 mm, suggesting that Pbent tooth bending damage or Cbent tooth bending damage tends to weaken the seal stability when compared to the Unbent tooth damage.     

基于接触有限元分析的斜齿轮齿廓修形与实验

研究了基于接触有限元分析的斜齿轮精确齿廓修形设计,并进行了振动对比验证实验.在AN-SYS环境下建立了精确的斜齿轮副接触有限元分析模型,并通过有限元接触分析,以直接提取的啮合线方向综合弹性变形作为齿廓修形设计的依据,精确确定了斜齿轮副的齿廓修形量及修形设计方案;根据所确定的齿廓修形设计方案,设计并建立了台架对比实验系统...     

弧齿锥齿轮齿根弯曲应力分析

运用自主开发的弧齿锥齿轮设计分析系统建立齿轮的轮齿网格模型, 并将模型数据变换后导入ANSYS软件中, 经过装配和结构扩展进行轮齿的接触分析, 最后得到了多齿对接触情况下, 齿根弯曲应力的分布和及其变化规律.利用所建立的弧齿锥齿轮的轮齿模型比采用Matlab、CAD软件(如I-DEAS or Pro-Engineer)得到模型更为准确.      

差曲面拓扑的齿轮啮合刚度计算与承载接触分析

基于齿条-齿轮等切共轭产形原理,构建齿面数值模型、ease-off差齿面,对ease-off蕴含的齿面啮合信息进行解析,获得了齿面接触路径、传动误差、接触线瀑布图;综合ease-off拓扑仿真与轮齿刚度非线性单元耦合解析,给出了修形拓扑齿面的啮合刚度、承载传动误差的计算方法。沿接触路径遍历接触线序列,获得了轮齿时变啮合刚度、承载传动误差与载荷分布图;给出了2阶抛物面对称与对角拓扑两种修形形式算例,求出了系列载荷作用下的啮合刚度、承载传动误差、齿面载荷分布。结果显示:随着载荷的增加,轮齿啮合刚度时变效应明显减弱;承载传动误差波动与啮合刚度、修形梯度密切相关;对角修形在啮合刚度、传动误差、载荷分布特性方面好于对称修形。      

基于圆弧刀廓的端面滚切锥齿轮啮合接触分析

为改善端面滚切法加工的锥齿轮齿面接触质量,基于奥利康锥齿轮全展成加工方法,对直线刀廓圆弧修形及齿面啮合接触分析进行了研究.首先对圆弧刀廓进行了几何设计,推导出了刀齿切削刃方程.在建立锥齿轮端面滚切加工数学模型的基础上,推导出了被加工齿轮理论齿面方程.研究了刀廓圆弧修形对齿面形状的影响,利用数值方法计算出了齿面修形量.建立了考虑安装误差的齿轮副滚检数学模型,推导出了齿面接触分析简化算法.最后对采用圆弧刀廓加工的一对奥利康锥齿轮进行了啮合分析,结果表明,选取合理的圆弧刀廓半径对齿面修形可以降低边缘接触风险,降低对安装误差的敏感性,改善内对角接触,此外还可以实现对两齿面接触区进行独立修正.