线形初始缺陷下斜齿轮磨损特征演变研究

为揭示用于风电、水利轮船等大型齿轮在存在初始缺陷下的摩擦磨损特征,避免早期灾难性故障的发生,对线形初始缺陷下斜齿轮磨损特征与演变过程进行实验研究.采用控制变量法,通过电火花线切割的方式沿齿宽方向加工出线形初始缺陷.为加速实验进程,实验齿轮的齿宽为标准齿轮的1/3.实验过程中采用功率闭流式加载方式施加高扭矩恒定载荷,使用...     

齿面单坑缺陷下齿轮磨损演变与映射机制研究

齿面凹坑是常见的齿轮缺陷之一,在轮船、矿业机械、风电齿轮等大型重载齿轮传动机构中,齿轮更换拆卸极为不便,为避免齿轮发生严重失效造成的重大损失,需要准确判断齿轮的磨损特征和预测故障出现的时间和位置,探究齿面坑状缺陷对齿轮磨损进程的影响尤为必要。以齿面单坑缺陷齿轮的啮合历程为研究对象,采用控制变量的方法进行齿轮磨损特征对比。通过搭建的力系闭式齿轮试验台进行重载试验,利用铁谱分析技术和油样分析技术对磨损粒子作定量、定性分析,结合有限元分析和和齿面磨痕扫描电镜图片探究单坑缺陷下斜齿轮磨损演变与齿轮啮合状态的映射机制。研究结果表明：凹坑打在承载区,斜齿轮沿接触线方向的应力分布不均匀,凹坑周边区域存在应力集中现象;坑状缺陷改变了齿轮的啮合状态,缺陷轮齿齿根应力值明显大于正常轮齿,使得坑状缺陷的轮齿齿面抗磨损能力提高,但轮齿刚度降低,尤其进入剧烈磨损的后期,磨粒数量快速上升,并伴随齿面严重的剥落和塑性变形,加速轮齿疲劳断裂。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

湿式弱碱性介质下的半自磨机衬板腐蚀磨损分析

针对钒钛磁铁矿湿磨工况下,半自磨机衬板的失效行为进行了研究。采用OM、SEM、EDS、硬度仪等分析手段分析了失效衬板组织的形貌特征,讨论了衬板材料在弱碱性工况下的腐蚀磨损机理。结果表明,失效衬板表面主要以切削犁沟、腐蚀坑和裂纹为主,材料表面硬度低、加工硬化效果不明显以及腐蚀磨损的交互作用是导致衬板失效的主要原因。     

二维纳米石墨烯作为传动油添加剂的齿轮承载性能研究

目的 二维纳米石墨烯作为添加剂提高传动油的耐磨性能和承载性能,满足重载高速工况下传动油在传递运动形式和能量过程中承载和耐磨性能需求。方法 二维纳米石墨烯作为传动油添加剂,以丁二酰亚胺为分散剂制备了石墨烯传动油,采用FZG齿轮试验机标准方法（NB/SH/T 0306—2013）评价了传动油和石墨烯传动油的耐磨性能和承载性能,通过SEM、Raman、EDS和XPS检测手段分析试验齿轮耐磨及承载机理。结果 二维纳米石墨烯作为添加剂将传动油的承载能力从8级提升至10级。试验齿轮在传动油中表现为黏着磨损和磨粒磨损,齿轮磨损表面有严重的犁沟现象;试验齿轮在石墨烯传动油中磨损表面表现为抛光式的磨损,磨损表面变得光滑。通过Raman、元素面分布和XPS测试结果分析,重载高速运转条件下试验齿轮磨损表面在石墨烯传动油中形成了不连续的多元杂化润滑膜,该润滑膜是由低剪切强度相（石墨烯、硫化物）、硬度和屈服强度比较高的磨损微粒（铁氧化物）和弹性模量较低的无定形聚磷酸盐等组成。润滑膜防止了齿轮材料在高载运转过程直接接触,减小接触面间的剪切强度,提高了耐磨性能和承载能力。结论 二维纳米石墨烯作为一种传动油添加剂,可...     

基于小波核最小二乘支持向量机的齿轮磨损预测

针对齿轮在磨损过程中的磨损程度,可以用振动信号来表征,并通过对磨损过程中振动信号的预测来实现磨损预测,提出了一种基于小波核的支持向量机磨损预测算法。首先,分析了最小二乘小波在磨损预测中建模方法,其核函数采用小波核,改善了系统非线性性能;然后用量子行为粒子群优化算法（ QPSO）优化SVM参数,具有较快的搜索速度并保持了时间序列的特征。验证实验中用齿轮箱振动信号的统计指标表征齿轮磨损状态。实验结果表明,该预测方法能够有效地进行齿轮磨损预测。     

湿式弱酸性介质下的高锰钢衬板腐蚀磨损失效分析

在昆钢大红山铁矿湿磨工况下,开展湿式半自磨机衬板的失效行为研究。采用OM、SEM、EDS、硬度仪等手段分析了失效衬板组织特征,并讨论了衬板材料在弱酸工况的腐蚀磨损机理。结果表明:失效衬板表面主要以切削犁沟、腐蚀坑和裂纹为主。高锰钢表面硬度低、加工硬化效果不明显及腐蚀磨损的交互作用是导致衬板失效的主要原因。     

带钢冷轧机工作辊表面轧制磨损形貌的模拟仿真

针对带钢冷轧过程中磨损量仅有微米或亚微米数量级的工作辊表面微观形貌的轧制磨损,建立元胞自动机磨损模型,模拟工作辊表面微观形貌的轧制磨损行为及其动态变化过程。采取不同频率正弦曲线叠加组合对工作辊表面形貌的圆周向轮廓进行数学描述和建模,结合生产实际和已有研究,确定接触咬合磨损与磨粒磨损的元胞状态转换规则,建立元胞自动机原理工作辊表面磨损演化模型,并模拟得到在不同工况条件下工作辊表面微观形貌的磨损规律,仿真研究所得粗糙度磨损演变规律与在工业生产中实测统计获得的磨损演变规律基本吻合。     

表面处理对螺栓联结界面摩擦性能的影响EI北大核心CSCD

重载条件下机械装备螺栓联结界面摩擦性能不足极易导致失效行为。为探究表面处理对螺栓联结界面摩擦与抗滑移性能的作用效果,提高界面摩擦性能,首先观测分析喷砂、喷砂喷漆、不同尺寸波浪纹织构的表面参数,然后采用摩擦磨损试验分析不同表面的摩擦磨损规律,并对其滑移过程进行仿真分析。结果表明:喷砂表面的摩擦因数最大,抗滑移性能最好,但耐磨性不如波浪纹织构表面;喷砂喷漆表面主要由固化剂与锌粉颗粒组成,硬度极低,且表面存在大量微裂纹,导致耐磨性较差;波浪纹织构表面的耐磨性较好,且其摩擦因数可达到与喷砂喷漆表面相近的水平。因此,在存在重载、循环载荷的应用场合,可考虑用波浪纹织构对联结界面进行处理,在保证其摩擦因数的同时增加耐磨性。提出一种耐磨、摩擦因数大的波浪纹织构表面,对增强螺栓联结界面摩擦性能具有指导意义。     

循环交变载荷斜齿轮磨损特征与机制分析

为探究大型齿轮传动在循环交变载荷作用下的磨损特征与机制,降低齿轮传动系统受非稳定载荷工况影响的故障率,对不同载荷下齿轮磨损特征与运行状态进行分析.从齿轮磨损量、齿面磨损形貌分析、油液分析、磨粒分析4个方面进行磨损机制研究.利用力闭合与弹簧振子系统装置,施加恒定载荷和交变载荷;利用颗粒计数器、分析式铁谱仪和扫描电子显微镜...     

Gear tooth stiffness reduction measurement using modal analysis and its use in wear fault severity assessment of spur gears

Due to excessive service load, inappropriate operating conditions or simply end of life fatigue, damage can occur in gears. When a fault, either distributed or localised, is incurred by gears, the stiffness and consequently vibration characteristics of the damaged tooth will change. A possible non-destructive technique for damage detection and severity assessment can be derived from vibration analysis. This paper presents the use of vibration analysis in the detection, quantification, and advancement monitoring of damage incurred by spur gear teeth. The stiffness of a single spur gear tooth is analysed theoretically, and due to the difficulties in measuring the gear tooth stiffness, an experimental procedure based on the modal analysis is developed to assess the severity of the gear tooth damage. A pair of spur gears was tested under accelerated wear conditions, and conventional time and frequency domain techniques are applied to the gear vibrations to indicate the presence and progression of the wear. The developed modal stiffness assessment technique is then used to quantify the resulting wear damage to the spur gear teeth.     

重载齿轮热处理及应用

重载齿轮是指传递功率大、承载大、低速、受冲击载荷大的齿轮,技术要求其具有优良的耐磨性能、较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度等,同时具有较高的抗冲击和承载能力,所以需要对其进行强化热处理,以提高综合力学性能及使用寿命。重载齿轮常用的强化热处理工艺有渗碳淬火、渗氮以及感应淬火等。本文综述了重载齿轮上述3种热处理技术的应用情况及进展,并提出重载齿轮真空低压渗碳的应用前景。     

Critical review of electrochemical honing (ECH): sustainable and alternative gear finishing process. Part 1: conventional processes and introduction to ECH

Surface characteristics of gears affect the various performance characteristics of the gears such as load carrying capacity, service life, operating performance, wear characteristics, transmission characteristics and noise generation characteristics. Surface characteristics of a gear have two major components namely (i) surface quality which includes surface finish, micro-geometry (i.e. form and location errors), tooth flank topology and wear characteristics; and (ii) surface integrity aspects which includes microstructure, microhardness and residual stresses. This paper discusses here in Part 1 conventional gear surface finishing processes and their advantages and limitations, and introduces the electrochemical honing (ECH) process to improve the surface characteristics of different types of gears, working principles, mechanism of material removal and equipment details. Part 2 will give a review of past work, and discuss effects of various process parameters on surface characteristics and finishing productivity (i.e. material removal rate), advantages and limitations, and its other applications. This review paper aims to establish ECH as one emerging alternative, economical, productive and sustainable gear finishing process.     

基于排列熵和CHMM的齿轮故障诊断

针对齿轮故障特征提取和状态识别困难的问题,提出一种基于排列熵和连续隐马尔可夫模型(CHMM)的齿轮故障诊断方法。首先对提取的目标齿轮啮合信号作降噪处理,再采用排列熵算法进行分析,提取排列熵均值、方均根、最大值、最小值作为特征量输入到CHMM中训练和识别,通过对比最大对数似然概率值来确定齿轮的故障。最后在变速箱齿轮故障模拟试验台上,对正常、轻微磨损、严重磨损和断齿4种齿轮状态进行试验验证,结果表明该方法能有效地对齿轮故障进行诊断。     

高接触比螺旋锥齿面修形方法及动态特性研究

为抑制高接触比螺旋锥齿轮传动的振动,提出一种新的高阶齿面修形方法。根据高接触比螺旋锥齿轮的啮合特点,提出一种新的修形曲线,采用辅助齿面修形方法生成高阶修形螺旋锥齿轮。在考虑齿变形的情况下,计算了高阶修正弧齿锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击,在此基础上建立了降低高接触比螺旋锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击的优化模型。仿真结果表明：与二阶修形弧齿锥齿轮相比,高阶齿面修形方法不仅可以有效降低高接触比螺旋锥齿的载荷传递误差、啮合冲击和动态负载系数,而且可以提高其在全速范围内的动态性能。     

滚齿机床振动对齿轮几何精度的影响

滚齿机床切削加工过程中,刀刃成排轮流从切入到切出,切削力由小逐渐变大,再逐渐变小,在工件和刀具之间产生周期性的激振力,使刀刃和工件加工表面产生相对位移,对加工齿轮的几何精度产生影响。研究机床结构振动与被加工齿轮精度的关系,建立滚刀和工件加工表面产生的相对位移对齿轮几何精度影响的理论模型,定量推导出了由此相对位移产生的齿廓误差;通过大量实验,对滚刀和工件加工表面产生相对位移对应的齿轮齿廓误差进行在线精密测量;使用此齿廓误差减法运算新方法,对两组实验数据进行对比分析。结果表明:提出的运算新方法能够准确地处理数据,实验数据很好地验证了建立的理论模型的正确性,误差小于2%。     

数控插齿机驱动箱系统综合变形下齿轮承载能力分析

以某企业YK51160C数控插齿机驱动箱系统为对象,建立了包含扭转、弯曲和横向耦合振动的驱动箱系统力学模型,分析了驱动箱系统综合变形引起的齿轮啮合错位对齿轮齿面载荷分布情况的影响,采用Romax软件基于ISO6336-1～3:1996标准,在考虑系统变形引起齿轮啮合错位的情况下,对驱动箱系统中的圆柱齿轮进行齿轮承载能力分析。结果表明驱动箱系统中的圆柱齿轮的强度均满足要求,为YK51160C数控插齿机驱动箱系统的进一步分析、优化提供了参考。