内啮合直齿轮的三维接触应力分析

本文运用三维弹性接触问题的有限元局部网格密化技术有有限元－线性规划法计算了内啮合直齿轮副在啮合过程中不同接触位置的接触应力分布，对此分析了系统静载和动载作用下的齿轮接触应力，揭示了内啮合直齿轮在啮合过程接触应力的变化规律。从而为内啮合直齿轮的接触强度及其可靠性分析奠定基础。     

计及摩擦影响的直齿轮时变啮合刚度计算方法

针对现有的齿轮时变啮合刚度计算模型不考虑时变摩擦影响的问题,以一种弹流润滑状态下的时变摩擦系数为基础,通过推导齿轮副的齿面速度、滚滑比、卷汲速度、赫兹应力,得到了弹流润滑状态下,考虑单双齿啮合情况下载荷变化的时变摩擦系数;并应用于势能法刚度计算模型,提出了计及齿面摩擦的时变啮合刚度计算方法。计算结果表明:齿面摩擦对时变啮合刚度有很大的影响;在节点位置,不存在相对滑动,刚度和不考虑摩擦情况一致;在单双齿啮合区的临界点,单齿刚度存在突变的现象;随着载荷的增大,时变啮合刚度减小。该方法同样适合于其它摩擦模型,从而为后续进行考虑摩擦影响的齿轮动力学分析提供新的时变啮合刚度理论基础。     

应用边界元方法的正齿轮接触应力分析

本文应用边界元方法,采用在齿廓上按赫兹分布的载荷,直接计算了在接触区附近齿表面和齿体内的真实接触应力。并通过计算定量地分析了各齿轮参数及齿面摩擦对接触应力的影响。为高精度的齿轮设计、寿命预测和渗碳层厚度选择提供了可靠的依据。     

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究

为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.     

干摩擦条件下聚甲醛塑料动力齿轮传动啮合效率的分析研究与计算

从高分子材料的粘弹性力学模型出发，推导出塑料与钢齿轮副粘滞发热损耗功率的计算公式，并以此为基础，结合塑料材料的弹性模量和滑动摩擦系数的测试数据，考虑温度、弹性模量、摩擦系数及载荷之间复杂的偶合关系，研究并提出了一种在干摩擦条件下塑料与钢齿轮副啮合效率的数值计算方法，运用这种方法，可以方便地获得任意啮合位置的瞬时啮合效率及一个啮合循环中的平均啮合效率，通过对聚甲醛与４５＾＃钢齿轮副的计算发现，在干摩     

渐开线齿轮接触应力测量实验方法研究

采用光弹性三维剪应力差法对接触应力进行了研究.根据相似原理将模型在载荷作用下进行应力冻结;通过模型切片及分析对渐开线齿轮接触应力进行测量,并采用赫兹接触理论和有限元方法分析渐开线齿轮的接触应力.试验结果表明,接触正应力小于Hertz接触理论解及有限元计算结果.因接触点的应力梯度很大,剪应力差法受网格密度的制约,均化了接触点的实际应力梯度.但是,其误差仍在合理范围内,完全可以满足工程需要.试验测量值与赫兹接触应力理论值及有限元结果的比较表明,该方法是合理可行的.     

应用三维光弹性分析轧辊的接触应力

对有限长，外载荷又集中作用的轧辊，当其母线接触压靠性，接触面上的应力分布是不均匀的。于是，根据弹性力学理论推导的无限长辊子相互压靠的接触应力“赫芝”解法无法得到充分应用。由于这个原因。该文提出了一个辊子接触应力非均匀分布模型假设，它是在横向满足半椭圆分布，而纵向为未可知的曲线分布，根据这个假设应用三维光弹性的应力切片法及有限元数值计算概念。导出了这类辊子接触应力的混合计算方法。作为一个应用实例，该文讨论了宝钢1420双平整轧机轧辊的接触问题，该轧机有六个辊子组成，上下三三对称，其中最外层为支承辊，中间是中间辊，下层是工作辊，工作辊与轧件接触，钢厂在板形控制研究中，十分需了解各辊子之间的接触应力，应用该文分析方法。可以得到接触面上理想的三向接触应力值。为厂方的板形控制工艺改进提供了极有用的参数。     

内啮合斜齿轮副齿面接触应力与有限元分析

针对数控内齿珩轮强力珩齿时被珩工件齿面应力分布规律问题,首次提出采用内啮合斜齿轮传动模型模拟替代内齿珩轮强力珩齿运动。以典型的Hertz接触理论为基础,首先计算节点P处齿面应力,其次通过计算内啮合传动啮合线上不同啮合点位置的综合曲率,引入压比系数,分析齿数为123的内齿轮分别与齿数为13、33、73、103的外圆柱斜齿轮在不同啮合线上的齿面应力分布情况。建立内啮合斜齿轮三维模型,利用三维有限元方法分别分析齿数为123的内齿轮分别与齿数为13、33、73的外圆柱斜齿轮的三个内啮合齿轮副在啮合线任意位置上的应力分布情况。结果表明:一对内啮合的齿轮副齿数差越大,且重合度小于2时,齿根处应力最大、节线附近处突然变大;齿数差越小时,齿根处应力最大。为此,内齿珩轮强力珩齿时尽可能采用齿数差较小的珩齿形式,以便控制被珩齿轮齿形挖根和中凹误差现象。     

外啮合齿轮泵随机内泄漏模型的研究

为了获得更加精确的外啮合齿轮泵内泄漏数学模型,将不确定性理论引入齿轮泵传统内泄漏模型中进行研究。将齿轮泵的轴向间隙、径向间隙、液压油温度、工作压力和输入转速作为随机变量,运用随机因子法和代数综合法建立齿轮泵随机内泄漏模型,进而获得在不确定性下的齿轮泵容积效率。将随机内泄漏模型研究结果和传统模型的计算结果分别与实验结果进行比较,证明随机内泄漏模型的正确性和优越性。     

基于DIC的渐开线直齿轮接触变形实验研究

基于数字图像相关(DIC)技术,对渐开线直齿轮在不同啮合状态下的接触变形特性进行了实验研究.通过测量齿轮在一个啮合周期内的全场变形演化过程,分析轮齿接触区域以及齿根区域这两个关键位置的变形规律,并研究了中心距偏差对轮齿变形的影响.实验结果表明,轮齿接触区域和齿根区域有明显的应变集中现象,并且轮齿应变分布随着齿轮运动变化...     

直齿轮搅油功率损失的实验研究

不考虑齿间啮合功率损失和挤压功率损失因素,直接使用实验的方法对单独运转的直齿轮进行搅油功率损失测定。首先,在对影响搅油功率损失的齿轮模数、齿数、齿宽、转速、没齿深度比以及润滑油的密度、粘度等多个参数进行研究的基础上,使用流体力学π定理得到直齿轮搅油功率损失普遍公式。然后进行了各种参数依次变化的分组实验,根据数据拟合计算确定了普遍公式中的待定系数,同时对直齿轮搅油的现象及各参数对搅油功率损失的影响进行了分析。结果表明,实验获得的拟合公式能在中低转速条件下有效预测搅油功率损失数值。本文结果可为后续一对齿轮啮合时的搅油功率损失计算与测定提供了理论基础和方法依据。     

齿轮精密锻造三维有限元分析

开发了齿轮精密锻造三维有限元分析软件系统 ,采用三维弹塑性大变形有限元分析方法 ,分析了精密锻造过程的力学响应 ,获得上模、精锻齿轮和下模应力与变形的详尽信息。     

渐开线直齿轮弹流润滑条件下的多轴疲劳寿命预估

本文中基于弹流润滑分析和次表面应力建立了渐开线直齿轮多轴疲劳寿命计算模型.相对于传统的单轴疲劳模型,考虑了齿轮固定点的应力历史和材料属性对疲劳寿命的影响,并可以得到齿轮在完整啮合过程中的寿命分布.首先建立齿轮的有限长弹流计算模型,得到齿轮啮合过程中的油膜压力和油膜厚度,再根据油膜压力计算出次表面的应力分布;通过分析齿轮计算区域随啮合过程移动的关系,得到固定点的应力历史,再根据基于应力历史的多轴疲劳寿命模型对齿轮的完整啮合过程进行寿命预估.计算分析了不同粗糙度幅值对轮齿各点寿命大小和分布的影响.研究表明:齿面粗糙度对疲劳寿命的影响显著,随着粗糙度幅值的增大,表层下最大应力向齿面移动,导致低疲劳寿命区向齿面发展且逐步扩展到整个单齿啮合区;而表面粗糙度降低到一定程度则对疲劳寿命的影响变得不明显.     

基于时变啮合刚度的变位齿轮系统热弹流润滑研究

为探究动载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性,综合考虑齿轮变位和时变啮合刚度的影响,基于动力学理论,建立了齿轮的六自由度摩擦动力学模型,分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性.研究表明:与其他传动类型相比,正传动齿轮系统的润滑效果最佳,轮齿间可以形成较厚的润滑油膜,轮齿间的摩擦系数、油膜的最高温升最小,并且,随着两齿轮变位系数和的增大,润滑状况不断得到改善,热胶合承载能力增强;变位系数增加使齿轮系统的刚度增大,但同时降低了油膜的刚度.     

不同材料交界面上接触应力的有限元分析

工程中有许多不同材料组成的结构。对这类复合结构，正确计算材料交界面上的接触应力是非常重要的。通常的位移有限元法得到的应力是不连续且欠准确的。本文提出了一种新的用于不同材料交界面处的接触单元。应用虚位移原理和结合考虑材料交界面上的约束条件，文章建立了接触单元的刚度矩阵和等效荷载向量。该单元具有算法简单，程序容易实现的优点。计算实例证实了该单元的实用性和可靠性。     

啮入冲击对直齿轮弹流润滑的影响

考虑齿轮啮入冲击载荷,曲率半径、卷吸速度沿啮合线随时间的变化以及温度场的影响,用非牛顿流体的Ree-Erying润滑模型,利用多重网格法模拟了轮齿从啮入到啮出整个时间历程中油膜压力、膜厚和温度分布的变化,对比分析了啮入冲击载荷与平稳载荷对渐开线直齿轮时变非牛顿热弹流润滑结果的影响.数值结果表明,啮入冲击载荷只对啮入初始阶段的油膜压力、膜厚、温度有很大影响,最小膜厚和最大压力都发生在冲击载荷的最大峰值载荷时刻,所以齿轮的啮入冲击对齿轮保持良好的润滑状态是不利的.     

基于能量等效原理的应变局部化分析:Ⅱ.有限元解法

以非局部塑性理论为基础,应用状态空间理论,通过局部和非局部两个状态空间的塑性能量耗散率等效原理,提出了一种求解应变局部化问题的新方法,以得到与网格无关的数值解.针对二维问题的屈服函数和流动法则导出了求解非局部内变量的一般方程,并提出了在有限元环境中求解应变局部化问题的应力更新算法.为了验证所提出的方法,对1个一维拉杆和3个二维平面应变加载试件进行了有限元分析.数值结果表明,塑性应变的分布和载荷-位移曲线都随着网格的变小而稳定地收敛,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关,而对有限元网格的大小不敏感.对于一维问题,当有限元网格尺寸减小时,数值解收敛于解析解.对于二维剪切带局部化问题,数值解随着网格尺寸的减小而稳定地向唯一解收敛.当网格尺寸减小时,剪切带的宽度和方向基本上没有变化.而且得到的塑性应变分布和网格变形是平滑的.这说明,所提方法可以克服经典连续介质力学模型导致的网格相关性问题,从而获得具有物理意义的客观解.此模型只需要单元之间的位移插值函数具有C~0连续性,因而容易在现有的有限元程序中实现而无需对程序作大的修改.     

固液两相流体对直齿轮跑合热弹流润滑的影响

建立了含有固体颗粒的接触区弹流模型,修正了Reynolds方程,考虑了润滑油对颗粒拖曳力的影响,考虑了颗粒速度随颗粒运动位置的变化,还考虑了颗粒自旋和热效应的影响,分析了颗粒运动位置变化和自旋对压力、膜厚和温度的影响,最后对算例结果进行了比较验证.结果表明:颗粒速度随颗粒运动位置变化而变化,在接触区中心附近颗粒速度趋于稳定;颗粒位于接触区中心附近时,接触区最大温度升高明显,颗粒所在区域瞬态温升较大;当颗粒靠近两啮合轮齿表面时,最小膜厚和最大温度均有所减小;颗粒顺时针自旋对最小膜厚和最大温度影响显著,顺时针自旋和逆时针自旋对接触区瞬态温升均影响较大,颗粒所在区域温度升高明显;自旋角速度增大,最小膜厚减小,最大温度升高,颗粒所在区域瞬态温升增大.     

基于能量等效原理的应变局部化分析:Ⅰ.一维解析解

基于热力学第一定律和非局部塑性理论,提出了一种求解应变局部化问题的非局部方法.对材料的每一点定义了局部和非局部两种状态空间,局部状态空间的内变量通过非局部权函数映射到非局部空间,成为非局部内变量.在应变软化过程中,局部状态空间中的塑性变形服从正交流动法则,材料的软化律在非局部状态空间中被引入.通过两个状态空间的塑性应变能耗散率的等效,得到了应变软化过程中明确定义的局部化区域以及其中的塑性应变分布.应用本方法导出了一维应变局部化问题的解析解.解析解表明,应变局部化区域的尺寸只与材料内尺度有关;对于高斯型非局部权函数,局部化区域的尺寸大约是材料内尺度的6倍.一维算例表明,局部化区域的塑性应变分布以及载荷-位移曲线仅与材料参数和结构几何尺寸有关,变形局部化区域的尺寸随着材料内尺度的减小而减小,同时塑性应变也随着材料内尺度的减小变得更加集中.当内尺度趋近于零时,应用本文方法得到的解与采用传统的局部塑性理论得到的解相同.     

高速重载人字齿轮传动非线性动力学分析

人字齿轮承载能力强,重合度大,可靠性高,多于高速、重载工况下使用.探究高速重载人字齿轮传动系统非线性动力学特性,可为其设计提供参考.首先,计算齿轮副时变啮合刚度;引入齿侧间隙、间隙非线性函数和综合传动误差,计算时变啮合力;引入轴承游隙,计算轴承受力.随后,建立高速重载人字齿轮传动系统非线性动力学方程,使用4阶Runge-Kutta法对方程求解.最后,探究不同因素对系统动态响应影响.保持系统其他参数不变,分别改变输入转矩、啮合阻尼、齿侧间隙、啮合刚度及激励频率,绘制系统时间-位移图像、时间-速度图像、空间相图、空间频谱图及分岔图,观察系统非线性动力学响应变化趋势,判别系统运动状态.结果表明:在一定范围内,系统稳定性与啮合阻尼、啮合刚度呈正相关关系,与齿侧间隙、输入转矩呈负相关关系;逐渐增大外部激励频率时,系统运动从单周期运动逐渐变为混沌运动,随后又回归单周期运动.为保证系统平稳运行,应合理选取外部激励频率.