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。

齿面摩擦力对啮合齿轮副的胶合、宏微观点蚀及传动效率有着重要的影响。研究齿面摩擦力的计算与控制方法,对啮合齿轮副的性能优化和效率提升有着显著的工程意义。基于齿面摩擦力的重要作用,国内外诸多学者从摩擦因数计算、齿面摩擦力对啮合齿轮副接触损伤与动态特性的影响等多个方面进行了全面研究,但目前仍未形成统一的计算方法和设计规范,仍存在很多技术研究上的不足,尚难在工程中得到可靠应用。通过归纳总结国内外相关文献,阐述了当前齿面摩擦力的研究现状,梳理了研究中存在的难点及关注热点;同时,对齿面摩擦力的发展趋势进行了一定的预判,以期为今后齿面摩擦力的进一步深入研究提供可以借鉴的技术方向。

随着航空、风电等装备对齿轮传动功率密度、承载能力、寿命要求的提高,齿轮接触疲劳失效成为限制现代齿轮装备服役性能与可靠性的重要瓶颈,其中,材料的微观结构特征从根本上决定了齿轮等服役件疲劳性能的优劣。通过调研国内外相关研究现状,介绍了齿轮材料中残余奥氏体、碳化物、晶粒等主要微观结构及其对齿轮接触疲劳性能的影响。归纳了现有基于微观结构建模和微结构力学本构模型的齿轮疲劳数值模拟方法,用来描述齿轮接触疲劳中的微结构力学行为,以提升对齿轮疲劳关键特征和机理的理解。重点对齿轮存在的多种接触疲劳失效形式进行了详细阐述,分析了影响齿轮接触疲劳失效的主导因素、诱发的微观结构与力学性能变化特征以及潜在机理。为进一步理解齿轮服役过程中的微观结构演化特征与力学性能退化的关联关系以及接触疲劳失...

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。

面向工程机械、航空航天、轨道交通、电动汽车等驱动装置变速变扭的服役特性,阐述了齿轮传动热胶合失效的损伤机理,构建了热胶合影响多因素耦合的关联关系,分析了常用设计元素传递转矩、齿轮转速、油液黏度以及润滑油温变化对齿面接触温度的影响,形成了与提高热胶合承载能力相应的设计思路;同时,针对18CrNiMo7-6渗碳淬火+ISO-VG 220润滑油组合传动齿轮开展了系列试验测试,明确了齿面接触温度与润滑油膜厚度在热胶合分析中的作用权重。所测定的热胶合失效边界温度,可为变速变扭齿轮传动工程设计热胶合承载能力的精确评估提供数据基础。

为了研究润滑条件对低速重载齿轮出现胶合损伤的影响规律,采用一对圆环试样滚滑的方式来模拟轮齿的啮合,在MJP-30A滚动磨损试验机上进行了18CrNiMo7-6渗碳钢齿轮材料在不同润滑条件下的胶合试验,分析了摩擦因数的变化规律和试验后试样的表面形貌。结果表明,干摩擦条件下,出现胶合损伤时的接触应力为1927 MPa,出现胶合损伤前,接触界面摩擦因数随接触应力的增加而降低;良好润滑条件下,接触应力达到3047 MPa仍未发生胶合,摩擦因数随接触应力的增加有轻微下降趋势;乏油条件下,摩擦因数随着乏油程度的加剧呈明显上升趋势,仅当摩擦因数几乎增大至干摩擦因数水平时才发生胶合损伤。因此,为避免低速重载齿轮运行过程中发生齿面胶合损伤,应将其润滑状态作为重要监测指标,以避免齿面间发生严重的乏油润滑和干摩擦接触。

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。

齿轮材料中存在非金属夹杂物会显著降低齿轮的接触疲劳强度,其作用机理研究可为生产质量的控制和服役性能的评价提供重要指导。为此,建立了含随机分布非金属夹杂物的齿轮副有限元接触分析模型,并基于Brown-Miller多轴疲劳准则研究了夹杂物分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响,预测了3种不同可靠度下的齿轮接触疲劳R-S-N曲线。结果表明,次表面夹杂物的存在,尤其是夹杂物的聚集,会产生相当大的应力集中,并造成接触疲劳寿命的显著降低;最小疲劳寿命深度主要位于0.35bH到0.75bH的范围内,其统计分布与对数正态函数的符合度最高,其次为三参数威布尔分布函数;接触疲劳寿命较好地符合三参数威布尔分布。

三峡升船机齿条寿命试验齿轮箱为低速重载四级传动,试验过程中需频繁快速换向运转,由于轮系啮合侧隙、轴系弹性扭转变形以及轮齿弹性变形等因素的影响,会导致齿轮箱运转性能的变化,尤其是换向期间输出转速和转矩的波动。为了分析对齿轮箱传递性能的影响,分别建立了轮系啮合侧隙和轴系弹性扭转变形对转速影响的计算模型,对齿轮箱换向过程中的输出转速进行了计算,并与试验实测的齿轮箱输出转速进行了对比分析,实现了对计算模型和试验数据准确性的互相验证。

曲轴是发动机的关键零部件之一,目前曲轴连杆轴颈的圆度加工多采用铣削工艺来实现。制造技术不断高效化和高速化的发展,对曲轴加工提出了挑战。文中以分析曲轴转速与铣刀盘加速度的关系为基础,进而建立铣削过程中相关运动方程,应用Matlab软件中对曲轴旋转的各参数之间的关系进行了分析,实现了对曲轴连杆轴颈圆度加工过程的优化,得到曲轴连杆圆度加工过程中的最优曲轴转速,使得单周期加工效率提高了17.52%。