某聚丙烯挤压造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴运行过程中发生断裂,通过断口分析、理化检验和强度校核,探究了该齿轮轴断裂失效的原因。结果表明,由于对应螺杆轴断裂造成瞬时冲击,导致该齿轮轴出现早期微动撕裂缺陷;在转矩和弯矩的复合交变载荷作用下,萌生早期裂纹并沿轴颈处扩展;当齿轮轴的有效承载面积减小到无法承受正常工作产生的扭转力矩时,齿轮轴发生断裂。另外,齿轮轴颈退刀槽处易形成应力集中,也是开裂的诱因之一。

硬齿面齿轮存在一种被称为齿面断裂(Tooth flank fracture,TFF)的轮齿失效模式。ISO组织在2019年发布了针对齿面断裂承载能力计算的技术规范。齿面断裂失效是一种疲劳现象,初始裂纹萌生于表面硬化层与轮齿心部的过渡区,它的失效机理不同于传统的点蚀和齿根断裂疲劳失效模式。对齿面断裂失效的主要特征、研究现状、计算方法和主要影响因素进行了归纳。为深入了解齿面断裂失效提供了理论依据。

为了实现无人直升机齿轮油国产化,明确不同性能的齿轮油对齿轮箱性能的影响,从而科学地提高齿轮箱的可靠性和寿命,郑州机械研究所有限公司联合多家单位自主开发了80W-140型无人直升机齿轮油。在实验室对油品性能测试的基础上,通过齿轮箱综合性能试验台对80W-140型油品和进口油的性能表现进行了对比测试,并对台架试验测试得到的振动、噪声、温度、效率和胶合转矩等指标进行了分析。结果表明,不同性能油品对齿轮箱的效率和承载能力的影响明显不同,所研制的80W-140型油品具有较好的抗磨减摩和抗胶合性能,可有效提高齿轮箱的可靠性。

在高速重载工况下,航空锥齿轮的齿面温度会大幅度提高。因此,在设计初期有必要考虑温度场作用下的模态情况。根据传统的线性模态理论,考虑转速和温度场对于刚度的影响,建立了航空锥齿轮的模态分析模型;根据该模型,对某一航空锥齿轮的从动齿轮进行了模态分析。由分析结果可知,转速对齿轮刚度会产生较大的影响且其影响不一定为负影响,而温度场分布的不均匀亦会影响模态分析的结果;转速和温度场主要影响的振型为节径型振型。

对渐开线齿轮的齿顶和齿根进行齿廓修形,并将修形齿轮和未修形齿轮放置在接触疲劳试验台上进行对比试验,通过测量齿廓波动偏差和齿面形貌观察了齿面微点蚀的变化情况。结果表明,相同循环次数下,修形齿轮的微点蚀深度和面积都远小于未修形齿轮;修形齿轮的微点蚀扩展速率也远小于未修形齿轮。当齿轮出现接触疲劳失效时,修形齿轮的循环次数要远高于未修形齿轮的循环次数。由此可以判定,该齿廓修形在很大程度上提升了齿轮的抗微点蚀能力和接触疲劳性能。

建立高速行星减速箱膜盘式太阳轮轴仿真分析模型,依据太阳轮轴浮动结构设计原理,拟定自由-自由、简支-轴向、简支-固定3种边界工况分析条件,研究其固有频率和行波振动特性,绘制相应的阵型图和Campbell图,并搭建齿轮箱试验台架进行了试验分析。结果显示,夹带有轮齿变形的太阳轮轴主振型与啮合1倍频产生共振时激励力作用力幅最大,2倍频和3倍频次之。轮齿振动形式主要为扭转振动、行波振动和弯曲振动;同时,以膜盘或筒轴为主振型的行波振动与轴高倍频的共振点范畴较广,倍频越大其共振作用影响效果越甚微。试验结果显示,转速增加至工作转速过程中,振动值发生较明显波动后又迅速下降至稳定,表明激振力未能引起系统振动的扩展,对系统稳定性的影响甚小,反映了太阳轮轴几何设计的合理性及适用性。

时变啮合刚度(TVMS)是齿轮系统动力学研究中的重要参数变量之一,准确地模拟计算TVMS,对分析齿轮传动系统的振动、噪声等相关动力学性能响应指标至关重要。根据渐开线齿轮的啮合运动方程和几何位置关系,提出一种基于几何学和势能法作用的直齿轮副TVMS精确建模方法;实时、有效地分析标准渐开线齿廓的啮合极限边界条件,并结合势能法构建TVMS由物理模型向数学模型转变的计算分析模型;通过数值计算法精确地计算直齿轮副的TVMS,并进行了有限元验证及举例应用。研究表明,在满足齿轮设计承载容许范围内,应合理选取齿宽和轴径尺寸,且可通过两者进行TVMS的小幅度调整而实现刚度优化作用和提高转子系统抗挠度性能等,为后期进行齿轮系统动力学计算作基础性应用研究。

齿轮箱是高速动车组动力转向架的核心部件,其性能直接影响运行的安全可靠性。介绍了目前国内高速动车组齿轮箱结构及安装方式。根据齿轮箱的结构,分别从齿轮、支架、箱体、润滑密封等方面描述了国内外高速动车组齿轮箱设计方法的研究现状及存在的问题。提出了后期应重点针对齿轮箱的造型设计、故障诊断与健康管理和极端环境下的产品性能等方面开展相关研究,为深入研究高速动车组齿轮箱提供了参考。

齿轮模态分析主要依靠数值模态分析和试验模态分析法,存在求解过程繁琐且无法直接获取齿轮参数与模态频率振型之间耦合关系的问题。为进一步掌握齿轮主要参数对约束模态频率的影响,根据模态有限元计算理论,对双圆弧齿轮约束模态模型进行研究;分析前6阶模态振型图,采用正交试验方法,运用方差分析,计算各因素对模态频率的影响因子;定量分析双圆弧齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽因素对约束模态的影响。结果表明:齿数是影响固有频率的主要因素,其次是模数、螺旋角和齿宽;对试验结果进行中心化一次非线性回归模型计算,建立双圆弧齿轮约束模态频率计算模型,实现双圆弧齿轮约束模态的快速计算,对比验证1阶频率计算值的准确性。研究结果为全面研究双圆弧齿轮的振动和噪声特性提供参考。

膜盘联轴器依靠圆盘几何型面的弹性变形补偿输入和输出端的微量位移和角度偏差,且有效地承受离心力、轴向变形作用和传递转矩载荷,主要应用于航空、燃气轮机等高精度和高参数的领域范畴。建立了膜盘和太阳轮轴耦合结构的膜盘式太阳轮轴强度分析计算离散模型,依据旋转机械强度理论,对单一载荷和多耦合载荷作用下太阳轮轴的静强度和疲劳强度展开研究分析,并采用两种疲劳强度评定准则进行强度校核。结果显示,在使用条件参数范围内,单一或多耦合载荷作用下轮轴设计结构强度均满足使用要求;转速与应力呈现非线性关系,造成齿根处发生较大应力,且与耦合载荷引起应力占据比重交替增加;提出高速旋转机械部件进行结构设计时,应充分考虑其离心力和科氏力引起的结构应力作用。同时,在单轴和多轴两种疲劳强度评判准则下,结构设计安全,且具...