齿面几何结构对面齿轮弯曲疲劳寿命的影响

基于坐标变换和啮合原理推导出面齿轮齿面方程,建立不同齿面参数(压力角、模数)的面齿轮传动有限元模型,分析了齿面参数对齿根弯曲应力、接触面积的影响以及弯曲应力沿齿高方向、齿宽方向的分布规律。面向磨齿及铣齿齿面粗糙度,根据修正的局部应力应变法计算了不同齿面粗糙度下的疲劳裂纹生成寿命,利用损伤容限设计法对疲劳裂纹扩展寿命进行了预测。研究结果表明,压力角对齿面弯曲疲劳寿命影响明显,尤其是对裂纹扩展寿命影响较大,增大压力角有助于提高齿面弯曲疲劳综合寿命;此外,磨削齿面较铣削齿面有利于提高齿面弯曲疲劳寿命。研究内容可为面齿轮抗疲劳设计提供依据。     

基于应力释放提高齿轮弯曲强度方法的研究

齿轮齿根圆角部位的应力集中是影响齿轮弯曲疲劳的重要因素,为了提高齿轮的弯曲疲劳强度,在齿面开应力释放圆孔使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力。采用二维有限元计算圆孔的半径及最佳位置,通过三维有限元模型进行验证及接触应力计算,并进行弯曲疲劳极限分析。结果表明:对于选定参数的齿轮,齿面开圆孔可以使齿根应力重新分布来减小齿根最大弯曲拉应力,大大提高齿轮的弯曲疲劳寿命并减小齿轮质量;但应力的减小与开孔的位置及圆孔的大小有很大关系,存在最佳的圆孔大小和圆孔位置;齿轮参数不同也会引起最佳圆孔位置和大小的改变,并且齿根应力的微量减少都会使弯曲疲劳寿命大幅度提高。     

基于载荷谱的三峡升船机齿条疲劳寿命评估

针对三峡升船机齿轮齿条在全寿命周期内可能面临疲劳失效的问题，基于驱动电动机以及同步轴转矩计算出的齿轮齿条载荷，构建了包含受力齿面、载荷循环次数的齿条载荷谱；结合齿条的S-N曲线、Miner线性累积损伤准则，计算了齿条在设计寿命35年内的损伤度及剩余疲劳寿命。此外，采用累积迭代法计算了齿条的接触、弯曲安全系数，实现了齿条实际载荷与设计载荷下安全系数的相互对比与运行安全性能验证。研究表明，齿条上齿面的啮合次数较多，其概率为73.03%；在设计寿命内，齿条上齿面的接触疲劳总损伤度为1.65×10^-12，按载荷谱的总循环次数为1.87×10¹⁷；齿条上齿面的弯曲疲劳总损伤度为8.15×10^-14，按载荷谱的总循环次数为3.78×10¹⁸，齿条在设计寿命35年后具有很长的剩余疲劳寿命；齿条的接触安全系数SH=2.958，弯曲安全系数SF=8.106，均大于所选取的较高可靠度下的最小安全系数与设计载荷下的计算安全系数，升船机齿条的安全裕量充足。研究丰富了超大模数齿轮齿条疲劳寿命领域的相关研究，为三峡升船机的运行...     

汽车变速器表面涂层齿轮疲劳性能试验与接触强度研究

在齿面制备减摩涂层可以有效地改善接触条件,提高齿轮疲劳寿命。文中主要研究减摩涂层对齿轮接触强度的影响规律。首先,在SRV标准试件表面制备涂层,通过摩擦磨损试验获得涂层试件间摩擦因数变化曲线;其次,对无涂层和有涂层的汽车自动变速器齿轮进行疲劳耐久试验,通过测量得到试验后齿轮的表面形貌特征;最后,根据齿轮非线性弹塑性接触理论,建立粗糙表面的齿轮接触强度分析模型,得出减摩涂层在提高齿轮接触疲劳强度中的作用。研究结果表明,磷酸锰转化涂层通过降低齿轮接触应力从而可以提高齿轮的疲劳耐久寿命;齿轮最大接触应力随粗糙度呈现先降低后升高的趋势。为涂层齿轮强度设计提供理论指导。     

准双曲面齿轮齿面接触应力过程计算

针对准双曲面齿轮疲劳破坏中出现几率最高的齿面接触疲劳强度问题,在齿面接触分析（TCA）和承载接触分析（LTCA）的基础上,采用弹性力学中2个空间曲面弹性接触计算方法,计算了齿轮副在整个啮合过程中齿面最大接触应力的变化过程,指出了最大接触应力所在的齿面位置,这一点与现有的强度计算方法不同,为实际工程中准双曲面齿轮的接触强度设计与校核提供了更为准确的方法。     

装甲车辆侧减速器齿轮接触疲劳寿命预测研究

通过对根据典型路面实车试验获得的载荷数据进行雨流计数处理,编制了装甲车辆侧减速器齿轮所承受的扭矩谱和应力谱;充分考虑残余应力对齿轮接触疲劳极限的影响,通过强度和硬度之间的转换关系以及疲劳强度与残余应力的作用关系,得到了齿面沿深度方向的静强度以及接触疲劳强度分布;结合疲劳寿命分析技术,进行了齿轮疲劳寿命预测,其预测结果与实际规律相符合。     

时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响研究

齿面摩擦力对齿面接触应力和接触疲劳寿命有着重要的影响。在对齿面接触疲劳寿命预估时,常忽略齿面摩擦力的影响,不利于齿面接触疲劳寿命的准确预估。为了准确预估齿面接触疲劳寿命,根据18CrNiMo7-6齿轮材料的齿面接触疲劳试验数据,基于三参数威布尔分布和名义应力法对R-S-N曲线进行拟合,在齿面接触应力的计算中引入时变摩擦因数,分析了时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响,并通过齿面接触疲劳试验进行了验证。结果表明,由于时变摩擦因数的影响,采用传统的名义应力法所估计的齿面接触疲劳极限偏大,且随着应力的增大,摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响呈减弱趋势。     

各向同性滚磨光整齿轮接触疲劳强度研究

经过传统磨削的齿轮齿面,其表面粗糙度在微观上具有典型的各向异性特征,而经过滚磨光整加工的齿面,其微观表面的纹理呈各向同性特征。根据齿轮分形接触强度理论和赫兹理论,讨论了微观形貌对齿轮接触应力计算的影响,并通过齿轮接触疲劳强度对比试验,得出传统磨削齿轮与滚磨光整齿轮的接触应力极限。通过对比试验结果表明各向同性光整工艺可以使齿面微观纹理趋于各向同性,有效提高齿轮接触疲劳强度,为相关材料齿轮寿命设计和可靠性设计提供了依据。     

相错轴渐开线螺旋齿轮副接触疲劳分析及修形影响

基于空间啮合理论,推导了相错轴渐开线螺旋齿轮副的啮合方程和齿面方程,编写Matlab程序,生成齿轮副的实体和装配模型,由显式动力学接触分析得到齿轮副的瞬态接触力、接触应力和输出转速,进而进行齿轮副疲劳寿命分析;研究不同齿廓修形量对齿轮副接触应力、输出转速波动及疲劳寿命的影响规律。结果表明,适度的修形可以减小齿轮副的动态接触应力,降低输出转速波动,提高疲劳寿命,但对接触力的影响不大;在一定范围内,增大修缘厚度可以减小齿轮副动态最大接触应力,提高疲劳寿命,但同时加剧输出转速波动;增大随修缘高度会增大齿轮副动态最大接触应力和输出转速波动,减小疲劳寿命。     

齿轮传动多模式失效的时变可靠性分析

提出一种在多种失效模式下的齿轮传动时变可靠性模型和计算方法.以齿轮疲劳寿命系数与应力循环次数之间的关系曲线建立齿轮强度时变模型,进而建立同时考虑齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的可靠性分析模型.基于一次二阶矩方法推导齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的时变概率计算公式,并推导出了这两种失效模式的联合失效概率密度函数的...     

基于真实粗糙齿面的齿轮传动接触应力分析

现行齿轮传动接触疲劳强度的设计基础是仅适用于一对光滑表面之间干接触的赫兹理论,这显然与齿轮传动实际状况有一定差异。为获得齿轮传动实际状况的齿面压力分布、油膜厚度及轮齿接触区次表面的应力分布,基于实测所得的表面粗糙度数据,采用有限元法对重载齿轮传动进行混合弹流润滑数值分析。结果表明:粗糙齿面接触时的齿面压力分布及轮齿接触区次表面应力分布均明显相异于赫兹分布或基于光滑齿面全膜弹流润滑计算所得的相应分布;齿面粗糙峰谷的存在会使齿面接触应力比赫兹接触应力增大25%左右,且齿面平均油膜厚度的最小值及接触应力的最大值均发生在啮入点而非节点。因此,现行的以赫兹应力为基础、以节点参数为依据进行齿轮传动接触强度设计的做法有失科学性和安全性。     

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。     

少齿数非对称斜齿轮弯曲疲劳应力特性分析

少齿数非对称齿轮在越来越多的小型化、轻量化和节能高效领域得到研究与应用,而对其弯曲疲劳应力特性研究较少。基于齿轮加工原理,搭建齿轮的全齿廓坐标方程,提出包含非对称齿廓和切向变位的少齿数非对称齿轮齿根弯曲应力的解析计算方法,并与有限元方法的计算结果进行对比。采用数控加工方法高效加工少齿数非对称齿轮和少齿数对称齿轮,通过高频疲劳试验机对少齿数非对称齿轮与对称齿轮进行弯曲疲劳强度试验,利用疲劳累积失效假设,对不同应力水平的试验结果进行分析,得到完整真实的C-R-S-N曲线,为少齿数非对称齿轮弯曲疲劳寿命估算提供依据。结果表明,用解析法计算,少齿数非对称齿轮齿根弯曲强度比对称齿轮提高13.64%;用有限元法计算,少齿数非对称齿轮齿根弯曲强度比对称齿轮提高14.78%;在相同载荷下,少齿数非对称齿轮比对称齿轮的弯曲疲劳寿命平均提高46.86%,这与解析法和有限元法结果一致;为此类研究提供参考方法。     

基于ANSYS/LS-DYNA的准双曲面齿轮动力学接触仿真分析

针对准双曲面齿轮疲劳破坏中出现几率最高的齿面接触疲劳强度问题,利用 ANSYS/LS-DYNA对齿轮进行动力学接触仿真分析,计算了齿轮副在啮合过程中齿面接触应力、应变的变化情况及两对轮齿同时接触过程中接触压力的分布情况。     

齿轮疲劳极限应力快速测定法

本文提出了一种新的快速齿轮疲劳试验方法。即基于Miner理论的Locati方法应用于齿轮的疲劳试验。这种方法仅用一对齿轮,采用台阶增载的加载方法,一次试验即可测出齿轮的疲劳强度极限值(齿面接触疲劳强度极限值或齿根弯曲疲劳强度极限值)。文中叙述了用这种方法所做的六对齿轮试验情况,其中两对齿轮做齿根弯曲疲劳试验;四对(两种不同材质的)齿轮作齿面接触疲劳试验。试验结果表明:测定出的疲劳强度极限值相当接近于用常规试验所测定的值。本文还对快速试验方法进行了分析讨论。     

双渐开线齿轮齿面摩擦力对接触应力的影响

建立双渐开线齿轮有限元模型,分析齿面摩擦力对接触应力的影响,并与渐开线齿轮进行对比。结果表明:相同摩擦状态下,双渐开线齿轮与渐开线齿轮的最大等效接触应力的数值差别不大,但接触应力分布不同,渐开线齿轮节点附近接触应力比较高,双渐开线齿轮节点以下靠近齿根处接触应力比较高;齿面摩擦力对接触应力分布的影响不大,但对接触应力数值的影响很大,因此在进行接触应力分析时,必须考虑齿面摩擦力的影响;通过改变齿面间的润滑条件,减小齿面摩擦力,是提高齿轮抗点蚀能力和接触疲劳寿命的有效方法。     

机床零件的袖诊计算机计算程序(五)

机床标准直齿、斜齿圆柱齿轮的强度设计及校核计算(一) 1.概述 机床齿轮计算一般分为二种情况,一种按接触疲劳强度设计模数、齿数,再按弯曲疲劳强度校校。另一种是在初步设计齿轮的基础上进行接触疲劳强度及弯曲疲劳强度的校校。其公式为。(外啮合) (1)直齿轮传动接触疲劳强度计算(根据《机床设计手册》2册上266页)。 a.设计公式:(3)直齿轮传动弯曲疲劳强度计算。a.设计公式:b.校核公式:(4)斜齿轮传动弯曲疲劳强度计算a.设计公式:b .校核公式 m、mn──模数及法面模数(cm)。 [σ]──齿轮材料的许用接触应力(kgf/cm2)。 [σw]──齿轮材料的…     

大重合度对数修形斜齿轮接触与相对疲劳寿命分析

针对大重合度斜齿轮的对数修形,建立了面向加工制造的斜齿轮对数修形齿面坐标方程。在接触力学模型基础上,编写了计算修形前后任意啮合位置的接触应力及表层Mises应力场的通用程序,并基于Ioannides与Harris疲劳寿命计算模型,分析修形前后斜齿轮的相对疲劳寿命。结果表明,对数修形能有效消除斜齿轮接触区端部的边缘应力集中,并显著提高斜齿轮的接触疲劳寿命;同一条接触线上接触应力越大的部位对数修形量也越大,从而保证了接触应力均布的修形效果。     

斜线齿面齿轮插齿加工及有限元分析

接触强度和弯曲强度直接影响着斜线齿面齿轮副的使用寿命,是其设计的重要指标。以斜线齿面齿轮副为基础,研究准共轭齿廓的展成原理,建立面齿轮齿面的精确数学模型,并进行齿宽设计;采用逆向建模软件CATIA建立高精度实体模型,利用ABAQUS对齿轮副进行有限元分析,提取出倾角为0°和倾角为5°时两组不同的斜线齿面齿轮副的接触应力曲线和弯曲应力曲线,进行比较得出了弯曲应力和接触应力的产生位置和变化情况,为斜线齿面齿轮的可靠性提供了参考。     

基于ANSYS的斜齿轮接触动力学分析

对齿轮接触动力学原理进行了研究,基于ANSYS建立了一对斜齿轮的有限元模型,根据接触动力学原理和有限元多点约束技术进行了动态接触分析。通过求解获得了齿轮在啮合过程的接触状态和齿根弯曲应力的变化规律,求出了齿面最大接触应力和齿根最大弯曲应力。结果表明,基于ANSYS的斜齿轮接触动力学模拟可以反应啮合过程中实际的动态响应,为精确计算齿轮的强度和疲劳寿命提供了可靠保证。