基于CAD模型的齿轮辐板优化设计

对一种基于二维CAD模型的齿轮辐板优化设计方法进行了研究.探讨了其优化数学模型的建立方法,包括设计变量的选择、目标函数的确定及约束条件的选取.讨论了模型的数据结构及有关参数的计算,开发了齿轮辐板优化设计通用计算程序.并对某直升机减速器中的一薄辐齿轮辐板进行了优化,有效地减轻了齿轮的重量,取得了良好的效果.     

制动热应力对车轮辐板单轴疲劳影响

随着重载列车的不断发展,辐板的热-机疲劳成为车轮破坏的主要形式。基于Ansys有限元软件,对车轮辐板的制动热应力进行分析,利用单轴疲劳准则和Haigh-Goodman疲劳极限图对车轮辐板进行疲劳评估。分析了制动热应力对车轮辐板单轴疲劳的影响。结果发现:(1)未考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求;制造态残余应力使辐板的疲劳薄弱位置发生了转移;最易发生疲劳的截面为0°、180°和40°～60°。(2)考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求,但是在FPH和BPR处平均应力未能达到安全要求。     

航空高速直齿圆柱齿轮中的离心应力及其回归分析

本文运用三维有限元法研究了航空高速直齿圆柱齿轮中的离心应力场。计算模型取完整齿轮结构中的一个扇形段,根据作者提出的伪单元法引入循环对称条件考虑移去部分对扇形段结构的作用。讨论了航空高速齿轮中常用的三种辐板(直辐板、斜辐板和一端直辐板)支承形式以及轮缘和轮辐尺寸对齿轮齿根离心应力的影响。数值计算表明,直齿轮中的齿根离心应力及径向和轴向位移与齿轮的转速平方成正比。采用二次回归方法得出了直齿轮齿根离心应力计算系数随轮缘和轮辐尺寸变化的计算公式。从而为全面研究直齿轮中的离心应力提供了一个有效途径。     

航空薄辐板齿轮固有特性及稳态响应分析

利用三维建模软件建立了薄辐板结构的齿轮模型,导入有限元软件进行前处理。根据动力学方程及载荷分配求解单个轮齿上的载荷历程,并依据啮合时间进行加载,模拟了齿轮正常工作条件下的受力状态。计算了薄辐板结构齿轮的固有特性,绘制了行波共振图,采用模态叠加法计算了薄辐板齿轮在共振转速和工作转速下的稳态响应并绘制动应力曲线。该方法可以适用于任何齿轮任何转速条件下的稳态响应分析,为齿轮辐板应力校核以及结构优化提供了参考。     

基于振动应力分析的齿轮结构优化方法研究

针对航空发动机传动系统齿轮辐板断裂现象,进行了原因分析;通过断口检查、强度计算、振动特性分析、应力测试等,确定齿轮辐板断裂的性质为节径共振引起的高周疲劳.基于分析结果,以降低振动应力、提高强度储备为目标,对齿轮结构进行了改进优化设计,并对优化后的结构进行了试验验证.结果 表明,齿轮结构优化后,振动应力值大幅降低,齿轮结构强度储备与工作可靠性明显提升.     

基于BESO算法的城市轨道车轮拓扑优化

城市轨道车轮的结构优化大多集中于参数优化,设计空间普遍有一定的局限性。以降低城市轨道车轮辐板处的结构应力为目标,利用双向渐进结构优化算法对直辐板车轮进行拓扑优化建模,提出一种新颖的城市轨道车轮辐板结构。重点针对城市轨道车轮受力最恶劣的曲线工况,对直辐板车轮的设计域进行2D拓扑设计,在满足体积约束条件下,通过对删除率、进化率、增加率进行设定,使体积比经过反复振荡从而达到较好的性能优化指标,提高了城市轨道车轮的应力性能,获得了城市轨道车轮的优秀拓扑结构。通过与成熟有限元软件计算结果对比,优化后的静强度和疲劳强度均满足要求,证明了双向渐进结构优化算法的有效性和可靠性。研究结果表明,双向渐进结构优化算法对城市轨道车轮的优化设计是适用的;优化车轮的辐板形式由直辐板进化为曲辐板,且单元向中间圆弧处靠拢,辐板具有不等厚特征;在不增加车轮重量的前提下,优化车轮在辐板处的最大结构应力降低了17%。所做工作对城市轨道车轮结构应力性能的提升具有重要的参考价值。     

不同加载方式的齿板应力应变有限元仿真

应用确定性力学方法对破碎机齿板的应力应变进行了有限元仿真研究；为满足齿板应力应变等方面的有限元分析之需要，应用模糊随机理论对颚式破碎机齿板载荷施加方法进行了初步探讨，确定了各齿面的载荷状况；给出了计算结果和有限元仿真结果；齿面载荷的隶属度函数呈钟形分布，表明齿面受力情况为中间大，两边小，反映了齿板的真实受力情况。     

川藏铁路线路条件下基于热-机耦合的货车车轮辐板优化*

针对川藏铁路线路货运车辆下坡区段长时间制动导致的车轮热负荷大幅增加和车轮辐板疲劳问题,考虑热-机耦合效应,采用正交试验法对现有C_(70)型敞车HESA型车轮辐板进行优化设计。试验选定轮辋与辐板过渡两侧倾角、辐板与轮毂过渡两侧倾角、辐板上部厚度、辐板下部厚度作为优化因素,依据车轮实际运维要求将辐板疲劳强度、车轮质量、辐板静强度列为优化目标。按照UIC510-5规程直线工况所确定的机械载荷工况,采用货车匀速通过超长连续大坡度区段踏面制动下车轮瞬态热载荷工况,对3种优化车轮辐板进行静强度校核与疲劳强度校核,并对比得到最优车轮辐板外形。结果表明:3种优化车轮辐板均满足静强度条件,其中辐板静强度最佳组合方案有效改善机械载荷下车轮辐板等效应力;3种优化车轮辐板均满足疲劳强度条件,其中疲劳强度最优组合方案有效改善热-机耦合载荷下车轮辐板疲劳强度。     

重载货车车轮踏面制动辐板热应力分析

采用大轴重货车是解决我国铁路货运能力不足的主要途径之一,然而提高轴重意味着车轮踏面所受的制动热负载将会增大,这可能导致大轴重货车车轮辐板热损伤加剧。因此,有必要通过对不同轴重车轮热应力的对比分析,揭示轴重大小对车轮辐板损伤的影响规律,为制定大轴重货车运行和制动条件提供支持。提出研究此问题的新思路,采用热弹塑性有限单元法,模拟在热处理工艺过程中车轮辐板残余应力分布状况,使得车轮存在仿真制动工况所需的初始残余应力。对重载运煤专线—大秦线全程循环制动进行模拟,计算得到车轮制动功率—时间历程,仿真在此工况下30 t重载货车车轮辐板的温度场和热应力场的分布状况。计算比较21 t、25 t和30 t轴重货车车轮在大秦线全程循环制动中热应力和制动完全结束后的残余应力的变化规律。结果表明,车轮在热处理后,车轮辐板残余应力是不可忽视的。随着轴重的增大,车轮辐板将承受更大的热应力和残余应力。     

弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响;基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析,重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明：模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下,调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面：当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时,齿根处应力值最大,辐板正面应力值最小;随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化,从动轮辐板正面应力变化较小,辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中,需重点针对三四节径行波共振进行处理。     

车轮辐板机械应力场的两种数值模拟方法对比研究

研究了铁路机车车辆运行过程中车轮辐板机械应力场的两种数值计算方法,将机械力进行傅立叶级数展开构建二维模型,通过对比二维轴对称模型和三维实体模型的计算结果,验证了二维轴对称模型的可行性。分析了车轮在运行过程中三种典型工况下辐板中机械应力场的分布情况及变化规律,通过对比车轮辐板的Von-Mises等效应力和径向应力,发现轮毂内圆角区域最为薄弱,承受较大的交变载荷。     

采用代理模型的汽车铝合金轮毂优化设计

提出基于神经网络代理模型的汽车铝合金轮毂优化方法.对铝合金轮毂的两种工况开展静力学分析,结果表明相比正对辐条加载,正对窗口加载时轮毂的受力状态更加恶劣,不同加载方式应力都集中于外侧轮辐与辐板连接处附近.设计并实施静力学试验,验证有限元分析的准确性.基于静力学分析结果,提出分层递进的轮毂轮辐优化方法,通过正交试验设计、神经网络代理构建和遗传算法寻优,实施轮辐尺寸优化、轮辐截面形状优化、轮辐圆角优化,最后对结构进行加强优化.与最初模型相比,优化后轮毂重量下降1.91％,正对辐条加载位移下降11.01％,最大应力下降7.54％,正对窗口加载最大位移下降10.79％,最大应力下降20.79％,轮毂力学性能有了较大幅度提高,同时达到了轻量化的目的 .本文提出的优化策略可为轮毂结构优化提供有益参考.     

柔性薄管板换热器的结构分析与优化

运用ANSYS对采用柔性薄管板的换热器建立了热分析与结构分析的有限元模型,分析了柔性薄管板的温度场及应力场,得出了管板上的应力分布及最大应力发生部位。根据应力分析结果对影响管板应力的主要结构参数如管板厚度、换热管中心距、不布管区宽度、管板与壳体连接处的转角结构和转角半径进行了分析优化,得到了较合理的设计结果。     

地铁车辆全磨耗车轮辐板的疲劳强度研究

地铁车辆车轮在运营过程中,受其自身转动及在直线、曲线、道岔等工况下的交变载荷,会产生车轮辐板的多轴交变应力。在轨道车辆车轮辐板上,疲劳裂纹方向均沿车轮的周向方向呈现,该种疲劳裂纹是由与该裂纹垂直的径向应力为主要原因所致,则将多轴应力转化为单轴应力。参照相关标准,对地铁车辆全磨耗车轮辐板进行了应力计算和疲劳分析。结果表明,车轮辐板均满足静强度要求和疲劳轻度要求。根据分析情况,为地铁车辆车轮的日常检修的重点部位提供了参考依据。     

基于ANSYS的挠性薄管板设计方法与结构尺寸研究

结合具体算例,采用各国挠性薄管板设计方法进行设计,对比其计算结果,指出各设计方法优缺点。运用有限元Ansys软件进行分析,探讨影响挠性薄管板应力分布特征的主要参数,如挠性薄管板厚度、换热管中心距以及过渡圆角半径,最终得出合理的结构尺寸。     

直齿轮成形磨削齿面残余应力计算与实验验证

磨削加工齿轮的残余应力状态对齿轮使役性能有较大影响,磨削后齿面的表面残余应力准确预测与计算是齿轮抗疲劳制造的重要内容。基于成形磨削运动分析及热力耦合有限元仿真计算方法,提出了齿轮成形磨削加工齿面残余应力计算方法。开展成形磨削实验,测量磨削后齿面的残余应力,对比分析残余应力实验测量值与有限元计算值,分析了磨削加工参数与残余应力的关联规律。结果表明,提出的成形磨削齿面残余应力计算方法得到的计算值与实验测试结果具有较好的一致性;在成形磨削中,砂轮进给深度越大,齿面残余拉应力越小。     

轮辐式称重传感器三种常见结构的分析研究

目前常见的轮辐式称重传感器按中间轮辐的不同来分,可以归类为方形梁式,双圆弧梁式和四圆弧梁式三种结构。本文分别对这三种轮辐结构的区别和受力后的各梁的应力分布特点做了介绍,并着重对这三种结构的传感器的各项性能指标做测试和比对分析,以供后续设计参考。     

基于Inventor的行星内齿板参数化设计与结构优化

星型内齿行星减速器的结构主要取决于行星内齿板的结构,利用Inventor环境下的参数化设计方法、Inventor API和应力分析功能,精确生成了内齿板的渐开线齿形,参数化设计后在应力分析的基础上,交互修改内齿板的结构参数,使内齿板的结构最优.     

大直径、薄轮辐螺旋锥齿轮铣齿工装的设计应用

设计了大直径、薄轮辐、高硬度螺旋锥齿轮铣齿工装，解决了铣齿时的工件颤动及刀具损坏问题。     

径向激励下辐板型式对车轮振动声辐射影响仿真和试验研究

在半消声室内通过试验手段开展不同车轮辐板型式对车轮声辐射影响的试验研究,同时建立车轮有限元模型,基于Lanzos算法对其进行模态分析,结合仿真计算的模态振型和试验结果,对比分析3种辐板型式地铁车轮振动声辐射特性,获得精确的指向性测试结果并近似给出相应的经验公式。结果表明,通过仿真计算和试验得到的固有频率相差很小,通过有限元计算对车轮进行模态分析能够保证足够的精确度。径向激励下,车轮辐板型式改变,其固有频率、模态振型以及指向性均发生改变;斜曲型辐板和双S型辐板车轮的振动声辐射水平相当,双S型辐板车轮的声辐射水平比斜曲型辐板车轮的略大,而直型辐板车轮的振动声辐射水平最低,其总辐射声能量级比斜曲型辐板车轮和双S型辐板车轮分别小5.2 dB和6.5 dB。相关试验结果可为城市轨道交通低噪声车轮的设计和选型提供参考,也可以验证其他文献中数值仿真计算的正确性。