基于铁谱分析和残余应力的齿轮磨损过程探究

对高可靠性寿命的两齿轮副先后进行齿轮运转试验。首先,在第一对齿轮副运转过程中对齿轮润滑油样本进行铁谱分析,得到不同类型磨粒和总磨粒浓度随时间变化曲线,据此区分齿轮不同的磨损阶段;之后,在第二对齿轮副运转时对不同磨损阶段齿面残余应力检测,得到齿面残余应力变化趋势;最后,结合不同磨粒浓度和残余应力变化对齿轮不同运转阶段的磨损特性进行分析。结论:齿轮跑合阶段以滑动磨损为主,且跑合有助于残余压应力的形成;正常磨损阶段,各类型磨损和残余应力变化范围较小;剧烈磨损阶段,疲劳颗粒浓度上升明显,残余应力下降。该结论为研究齿轮磨损机理提供一定的参考。     

基于齿面粗糙度和磨粒分析的齿轮磨损探究

为探究齿轮的磨损过程,以一对直齿圆柱齿轮为研究对象进行齿轮运转试验.在齿轮运转过程中,每2h或4h对齿面进行粗糙度检测并做好记录,每隔1h或2h停机,从齿轮箱中抽取油液,采用油液颗粒分析仪对其磨粒分析,利用LNF-Q210油液分析仪特有的磨粒自动分类功能分析记录切削磨粒、接触滑移磨粒、疲劳磨粒和总磨粒的浓度.试验结束后,对数据进行了处理,结果显示磨粒浓度和粗糙度在不同运转阶段呈现一定的变化趋势.对其进行分析,结论:齿轮运转初期滑移磨粒浓度上升较快,且粗糙度值随齿面磨合而逐渐减小;正常磨损阶段,齿面状态比较稳定,粗糙度值整体变化不大,切削和疲劳磨粒比较平稳,滑移磨粒增加相对较快;齿轮磨损后期,齿面疲劳剥落而快速恶化,粗糙度值快速变大,疲劳磨粒和切削磨粒浓度急剧上升.     

基于拓展有限元的齿轮点蚀磨粒形态学特征模拟

疲劳点蚀是齿轮摩擦副的典型固有磨损特征,其产生的点蚀磨粒已经被用于理解疲劳磨损的发生和发展机理,由于缺乏理论模拟,基于磨粒特征的疲劳磨损机理判断还停留在经验分析层面。为此,拟通过齿轮接触疲劳点蚀的数值模拟,研究点蚀磨粒形态特征,为在线磨粒特征表征磨损状态的方法提供理论探索。在考虑弹流润滑的条件下,建立齿轮副局部接触模型,并采用拓展有限元法(Extended finite element method,XFEM)模拟表面萌生裂纹的拓展过程。进一步分析工况与点蚀磨粒形态特征的关系,结果表明,点蚀磨粒长轴尺寸随初始萌生裂纹的长度增加而增大,随载荷的增加而减小;点蚀磨粒的厚度随初始萌生裂纹的深度增加而增大。通过与已发表的试验结果进行对比,该模型所得到的点蚀形貌尺寸和形状与试验得到的点蚀形貌基本一致,从而验证了该模型的有效性。     

润滑和载荷状态对聚甲醛齿轮服役性能的影响

基于齿轮耐久性能试验台开展了一系列干接触/油润滑下POM(聚甲醛)-POM齿轮副承载能力试验,并测量了服役过程中的轮齿温度、磨损量、齿廓精度和齿面形貌。试验发现,POM齿轮失效形式与载荷和润滑方式有关。通过对齿面微观形貌和磨屑表征,确认干接触下POM齿轮主要磨损模式为黏着磨损与磨粒磨损,而油润滑下POM齿轮失效形式为接触疲劳失效。由于润滑油减少了齿面摩擦,降低了运行温度,延缓了齿面劣化程度,因此POM齿轮在油润滑下的承载能力明显提高。     

NN型渐开线少齿差行星减速器承载能力实验及齿轮修形方法研究

针对NN型渐开线少齿差行星减速器的承载能力问题,在减速器载荷实验台上进行了样机承载能力的实验研究。该减速器传动系统中的双联齿轮偏载现象严重,为了改善双联齿轮的承载情况,首先,使用齿轮修形方法进行了双联齿轮的齿面修形和载荷虚拟仿真分析,降低了双联齿轮齿面的单位长度载荷,改善了双联齿轮的齿面载荷分布不均和齿面接触斑位置,并提高了双联齿轮的传动精度;然后,制造了齿轮修形后的样机;最后,在减速器载荷实验台上进行了样机承载能力的实验。研究结果表明:修形前该减速器具有很高的承载能力,但其传动系统中的双联齿轮偏载现象严重;在相同的实验条件下,齿轮修形后齿面接触斑位置居于齿面中心,齿面无磨损,改善了齿面载荷分布情况,降低了齿面的载荷,提高了减速器的承载能力。     

齿面磨损对齿轮系统动态特性的影响

为研究齿面磨损对齿轮系统动态特性的影响,综合考虑齿轮齿侧间隙、传输误差、齿面磨损,采用集中参数法建立齿轮平移-扭转非线性动力学模型,分析齿轮的转速、运行次数对含有齿面磨损的齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:在啮合区域内,齿根处的齿面磨损量呈减小趋势,在节点处理论磨损量为零,齿顶处的齿面磨损呈增加趋势,齿面磨损量减小趋势大于增加趋势,整个过程中齿面磨损会造成啮合刚度的减小;存在齿面磨损时,过大或过小的转速都会使齿轮系统的振幅波动变大,幅值减小;当转速一定时,含有齿面磨损的系统随着运行次数的增加,振幅幅值会逐渐减小,传动的波动会加剧。     

磁场作用下45钢/45钢稳定摩擦的磨损机制

为研究不同强度磁场作用下45#钢自配副的磨损机制及磁场强度与磨损率的关系,在不同强度磁场作用下进行45钢自配副的销、盘干摩擦试验,分析销试样的磨损性能及其磨损面的形貌、化学成分。结果表明:随着磁场强度增加,销试样磨损率经历快速减小、缓慢减小和基本稳定3个连续变化阶段,使其由严重磨损转变为轻微磨损的临界磁场强度约为17. 4×10~3A/m;无磁场作用时,销试样磨损面存在犁沟,45钢/45钢的磨损类型为磨粒磨损;随着磁场强度的增加,销试样磨损面发生氧化并生成了Fe_2O_3,摩擦过程中氧化物剥落形成凹坑,45钢/45钢的磨损类型主要为氧化磨损;磁场增加使销试样磨损面更加光滑。可以得出:一定强度的磁场使45钢自配副摩擦过程由磨粒磨损转变为氧化磨损,而氧化磨损类型对应45钢自配副的轻微磨损。     

挖掘机驱动桥齿轮常见故障的应急修复

<正>轮式挖掘机驱动桥齿轮使用中出现的主要缺陷有两种,一是齿面磨损与疲劳点蚀,甚至断齿;二是齿面磨损,使配合间隙超限。产生上述缺陷后会产生噪声,并引起冲击载荷。排除的方法如下:     

基于非对称齿形的塑料齿轮磨损性能研究

针对金融机具大额现金循环模块现有传动系统面对结构紧凑、精度高、扭矩大、转速快、温度高的使用要求时,经常出现传动精度降低和磨损失效的问题,在单向驱动机构中,采用了双压力角非对称塑料齿轮作为传动系统核心部件。设计了工作面35°和非工作面20°的双压力角非对称热塑齿轮,并与现有标准压力角齿轮进行了对比分析;利用Matlab仿真软件对影响非对称塑料齿轮工作齿面磨损要素进行了建模和仿真分析,在此基础上,通过测试机对齿轮磨损进行了试验验证。研究结果表明:在轮齿表面滑动磨损、热变形磨损及齿廓干涉磨损方面,工作齿面压力角增大的双压力角塑料齿轮都优于标准齿轮;工作面采用35°齿形的非对称齿轮比20°标准齿形齿轮耐磨性提高1倍以上。     

考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性研究

针对目前双渐开线齿轮(DIG)研究过程中齿廓磨损对双渐开线齿轮动态特性的影响问题,对考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性进行了研究。首先,进行了双渐开线齿轮接触线长度与齿面载荷计算,考虑相对滑移距离,建立了等效接触模型;然后,进行了双渐开线齿轮齿面累积磨损量、齿轮齿面累积磨损深度的计算,建立了双渐开线齿轮啮合刚度计算模型,进行了磨损故障的双渐开线齿轮刚度的计算;最后,以一对双渐开线齿轮为研究对象,采用集中质量法建立了6自由度动力学模型,研究了齿面磨损对双渐开线齿轮动力学特性的影响。研究结果表明：在运行1×10⁴次载荷循环后,混合弹流润滑状态下,双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮(CIG)在节线附近齿根位置的最大累计磨损量差值为0.002 07μm,且双渐开线齿轮节线靠近齿顶位置的磨损小于普通渐开线齿轮的磨损;双渐开线齿轮系统在磨损后振动加速度幅值小于普通渐开线斜齿轮的幅值。通过对不同磨损情况下的时域响应进行研究,发现磨损导致双渐开线齿轮传动系统的振动幅值增大。     

齿轮点蚀破坏中磨损与振动关系的试验研究

利用铁谱分析技术和振动分析技术中的时频分析方法研究了模拟点蚀故障齿轮磨损与振动的关系。分析结果表明点蚀齿轮磨损和4个时域特征值从一面一点、一面三点到多面多点依次变大,多面多点蚀齿轮磨损严重,磨粒数量最多;点蚀齿轮出现以输入输出端的啮合频率为中心,以转频为调制频率的边频带。齿轮磨损与振动相互关联,磨损量的变化率与振动方差变化率在3种点蚀齿轮中表现明显;但磨损量的增长率不仅与齿面点蚀的程度有关,还与点蚀的齿数有关;而齿轮的振动强度与齿轮齿面点蚀的程度最相关,即齿面点蚀破坏越厉害,振动越剧烈。     

残余应力对齿轮跑合性能影响试验对比分析

对于齿面残余应力不相同但其他参数相同的两对齿轮进行运转试验,同时在齿轮运转过程中进行铁普观察分析,以探究齿面残余应力对齿轮跑合过程的磨损特性的影响。首先,在齿轮运转试验台上对两对齿轮开展齿轮运转试验,两对齿轮分别安装在主副齿轮箱;然后,在齿轮运转过程中,利用铁谱分析仪分析从试验开始到铁谱浓度稳定时之间的数据;最后,利用Matlab对跑合阶段的铁谱浓度数据进行处理,得出不同残余应力时的跑合过程的磨损变化规律。试验结果表明:残余压应力对齿轮跑合过程有一定的影响,残余压应力越大,齿轮跑合过程中磨粒浓度越低,磨损速度越慢;残余压应力越大,整体齿轮跑合过程更加缓和,齿面磨合效果越好;残余压应力大的齿轮跑合后,正常磨损期的齿轮磨损特性更好。     

钢质齿轮副在微纳米混合磨合油中的磨合试验研究

将微米和纳米固体粉末单独或混合加入到68#机械油中,配制了5种微米、纳米或微纳米混合磨合油,并试验研究了5种磨合油分别应用于钢质粗糙软齿轮副间的磨合磨损行为和作用机制。研究结果表明:当混合磨合油中微米颗粒粒度比齿面三维粗糙度Sa值小时,磨粒磨损并不显著,且纳米微粒起到加剧磨合磨损的作用。当混合磨合油中微米颗粒粒度比齿面三维粗糙度Sa值大时,磨粒磨损显著,但纳米微粒起到缓和磨合磨损的作用。齿面三维形貌表明纳米颗粒对齿轮副表面有填充作用,对磨合后齿面形貌的结构有较大影响。磨合试验中还发现了因齿面副两表面磨损率差形成的负电阻现象。     

基于在线铁谱图像的磨损机理智能辨识

基于状态的维护(Condition based maintenance,CBM)理念为机器健康状态维护提出了实时监测的新挑战。现有研究由于缺乏在线信息获取手段,磨损状态监测逐渐成为CBM的技术瓶颈。基于特征磨粒的磨损机理判断方法已经被广泛应用在离线磨损分析中,但是在线磨损机理的表征依然是一个很大的问题。针对基于在线铁谱图像的磨损机理开展研究。为了在一副在线铁谱图像中获得分离的磨粒图像,研究磨粒在在线铁谱传感器中的沉积机理。研究结果表明,磨粒链是图像中的主要形态,这是由于先前沉积的磨粒产生的局部磁场所致。设计一种依靠自适应调节沉积时间的在线磨粒沉积方法。运用该方法可以在在线铁谱图像中获得分离的磨粒,为特征磨粒的特征辨识提供了便利。参考分析铁谱知识,提取特征磨粒的4种形态学特征(当量尺寸、长径比、形状因子和分形维数)以综合表征4种典型磨损机理,包括正常、切削、疲劳、严重滑动磨损。采用反馈式人工神经网络构建自动磨损机理辨识模型。采用离线铁谱图像样本验证所建模型,结果表明该模型可以识别在线磨粒图像中的特征磨粒。对在线磨损机理表征方法进行了有意义的探索,所得研究成果将为在线磨损状态表征提供可行方法。     

机床齿轮的修理

齿轮是机床的主要零件之一,经长期使用后,总会出现各种不同形式的磨损和损坏。下面针对齿轮的不同损坏程度,介绍齿轮的修理问题。 (1)若齿轮的齿部产生断裂,对于大模数(m>6)的齿轮,根据使用情况和强度允许条件,可用镶齿修复。但断裂的齿数不得大于总齿数的80%。若相邻损坏齿数超过两齿,需换上新件。 (2)若齿面出现严重的疲劳点蚀现象, (约占齿长 1/ 3和齿高 1/ 2)时需更换。局部点蚀和轻度点蚀可以不换。 (3)齿面有轻微粘着现象时,可用油石或刮刀修光。如有严重擦伤不能修复时需更换。 (4)齿面有严重伤痕时应更换。 (5)齿形上有均匀磨损,在…     

基于模糊神经网络的磨粒识别专家系统(续)

二、磨粒的分类及识别特征 铁谱分析技术将油液中的固体颗粒分为正常磨损、疲劳磨损、球状、层状、严重滑动、切削、腐蚀磨损、红色氧化物、暗金属氧化物、有色金属、非金属和晶体、污染物等12类。 领域专家根据磨粒的形态（总体形状、边缘细节和表面纹理）、颜色、粒度和厚度信息来识别铁谱磨粒,它们大都是模糊信息,一般用语义形式描述,因此需要采用模糊神经网络识别,识别结果为磨粒类型,系非模糊集合。磨粒特征见表1。     

齿面磨损及轴承间隙对齿轮动力学的影响研究

齿面磨损及轴承间隙是影响齿轮系统动力学的重要因素,为揭示齿面磨损及轴承间隙对齿轮系统动力学的影响,建立了6自由度弯扭耦合模型,该模型考虑了齿面磨损、轴承间隙、摩擦及齿侧间隙等因素。通过Runge-Kutta法对动力学微分方程进行求解并得到系统的动态响应。研究结果表明,当齿轮由未磨损状态转变为轻微磨损状态时,齿轮系统动态传递误差振幅减小,振动减小;随着齿面的不断磨损,到达严重磨损时,动态传递误差振幅增大,振动加强;齿轮动态传递误差的振幅随着轴承间隙的增大逐渐增大,同时系统发生谐振现象,影响系统的稳定性。     

重载传动齿轮失效模式分析

通过对履带式车辆重载传动齿轮在服役过程中常见的失效模式进行讨论,从齿轮弯曲疲劳、齿面接触疲劳和齿面磨损3种主要失效模式的失效机理进行了分析,明确了齿根和齿面更易出现损伤,裂纹扩展导致齿轮失效,导致传动装置失效,造成车辆出现故障无法行驶。阐述了喷丸和超声滚压等表面残余应力控制技术作用于齿轮的强化机理,残余压应力能够有效降低促使裂纹扩展的拉应力,明确了成熟稳定的喷丸和超声滚压设备及体系化的工艺设计,能够保证重载传动齿轮表面强化的工业化批量生产。     

考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。     

渐开线微齿轮磨损仿真分析

为了进一步研究微齿轮齿面磨损机理,采用经典Archard磨损公式,结合JKR(Johnson K L,Kendall K,Roberts A D)理论与GW(Greenwood and Williamson)表面粗糙模型,首次建立了微齿轮粗糙齿面仿真模型,并提出了减轻微齿轮齿面磨损的方法。进行了考虑表面吸引力、齿面粗糙度、微凸体顶点曲率半径、材料性能等单一因素和齿面粗糙度、微凸体面密度、微凸体顶点曲率半径等多个因素对齿面磨损影响的仿真。结果表明,适当增加齿面粗糙度;增大齿面微凸体顶点曲率半径;选用描述粗糙表面的参数乘积ηβσ值较大的齿轮;增大微齿轮的弹性模量等可以提高微齿轮的耐磨性能。