为了对齿轮试验台运行状态进行监测,及时有效地发现运行故障,保证设备稳定地运行,提出了一种基于数字孪生的齿轮试验台状态监测方法。通过建立齿轮试验台的数字孪生模型,实时仿真齿轮试验台在正常运行工况下的运行状态,实现对齿轮试验台设备状态监测、故障判断和运行状态的预测。经闭功率流齿轮试验台测试结果对比表明,齿轮试验台数字孪生体仿真结果与齿轮试验台测试结果基本一致,此技术可以还原正常运行工况下齿轮试验台的运行状况,从而实现对齿轮试验台的状态监测,为故障诊断、状态监测提供了一种新方法。

以盾构机主轴承为研究对象,对主推滚道的接触疲劳作用机理进行了有限元分析。由于盾构机主轴承尺寸过大,采用简化的主推滚道接触模型进行有限元分析;通过对比滚道接触应力的理论解与数值模拟解,验证了数值模型的有效性。基于FRANC3D在滚道表面插入一个半椭圆形裂纹,研究了载荷和表面摩擦因数对主推滚道疲劳损伤的影响规律。

摆线针轮是RV减速器中主要组成部分之一,为了进一步提高RV减速器的承载性能,提出了一种以摆线针轮接触应力、啮合刚度为优化目标函数的多目标优化设计方法。为了优化其承载性能,以针齿分布圆半径、短幅系数、针径系数、摆线轮宽度为设计变量,构建了接触应力最小、啮合刚度最大的优化数学模型,使用Matlab调用其优化工具箱中的遗传算法进行了求解。优化设计后的结构与原结构相比较,接触应力减小,啮合刚度增大,摆线针轮的承载性能获得改善。研究为RV减速器的设计提供了一种新的方法。

基于Archard磨损模型和Hertz接触理论为理论基础,将摆线轮齿廓啮合区域离散化,建立了摆线轮磨损的计算模型;根据该计算模型分析了各啮合点处滑动系数、磨损率、磨损量与啮合相位角之间的关系,并进行曲线拟合。结果表明,建立的数值计算方法可以实现对不同修形方法、不同尺寸、不同工况条件下摆线针轮齿廓磨损量的定量计算。

摆线轮多齿成形磨削为齿轮精加工工艺,一次可完成个齿槽的加工。在高速磨削过程中,齿轮表面会产生瞬间高温,高温可能会造成齿面烧伤,磨削温度场产生的温度梯度会使齿面形成残余应力,使摆线轮齿面金相组织出现变化,影响齿轮的磨削加工精度。通过有限元法模拟摆线轮多齿成形磨削温度场,再采用热力耦合分析方法,得到摆线轮成形磨削温度场和热应力的数值仿真云图,通过对磨削区主应力分析可知,应力主要集中在磨削中心靠齿根部,磨削区呈现热压应力,在已磨削区域,热压应力转变为热拉应力,并逐渐形成残余拉应力,且随着磨削工艺参数变化,节点应力也发生相应变化。研究结论对预测多齿成形磨削温度场和热应力场分布情况和合理选择磨齿工艺参数有一定的研究意义。

法兰突缘叉是汽车车桥的关键零部件,其端齿齿面的加工精度影响着车桥乃至整车的可靠性。对突缘叉端齿齿面计算与加工技术进行研究,以能够实现基于测量机的齿面测量与修正为目的,完成了齿面计算与偏差修正理论的构建,引入实例实现了突缘叉端面齿齿面的加工仿真,通过理论齿面与仿真齿面的过切量与残余量比较,验证了齿面计算的准确性;开展了突缘叉端面齿齿面实验加工,验证了齿面修正理论的正确性。为企业对突缘叉端面齿的加工提供理论参考。

为了降低弧齿锥齿轮在批量加工制造中存在的齿面偏差,提出一种基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正方法。以同一批次小样本弧齿锥齿轮作为研究对象,在自助法统计齿面偏差检测数据的基础上,得到大量的齿面偏差数据;利用NURBS曲面拟合方法构建齿面的均值差曲面,将它作为实际加工齿面,建立齿面偏差的数字化预控补偿模型,对它进行优化求解,得到批量齿面数控加工的机床修正参数,然后不断调整机床加工参数,实现齿面的预控修正补偿;最后对修正前、后齿面偏差作对比分析。结果表明:小轮齿面偏差比修正前降低了76.66%,验证了自助法齿面修正理论的有效性,对指导弧齿锥齿轮批量齿面修正提供了理论依据。

为使摆线轮具有良好的啮合性能,根据计算的摆线轮实际工作范围,将摆线轮齿廓分为工作段和非工作段齿廓,采用拓扑修形方法来满足工作段和非工作段的间隙要求。工作段采用转角修形,使修形后工作段为共轭齿廓,并保持一定的齿侧间隙。非工作段采用变等距修形,使齿顶与齿根部分产生合理的间隙,得到合理的修形齿廓。推导了摆线轮拓扑修形齿面方程,可以通过调整修形参数获得满足工作要求的齿廓间隙。从初始啮合间隙、载荷分布、回差分析方面验证了拓扑修形的合理性。

为了解决传统感应加热设备因缺少智能运控系统而导致的重熔涂层质量不稳定的难题,对高频感应重熔智能运控系统的结构与组成、运行模式等进行设计,实现了对高频感应重熔集成装置的智能跟踪可控功能。通过该系统制备了NF201镍基自熔性合金粉末重熔涂层,并与等离子喷焊技术制备的涂层进行微观组织与硬度对比分析。结果表明:相对于等离子喷焊涂层,采用高频感应重熔智能运控系统制备的重熔涂层具有更优异的组织结构和力学性能,其微观组织更为致密细腻,孔隙率及缺陷尺寸较小,硬度较高,硬度极差较小,从而验证了此智能运控系统能够有效提升感应重熔涂层的质量。

为提高内斜齿轮传动副的啮合性能,提出一种内斜齿轮拓扑修形方法。根据齿廓、螺旋线修形原理推导得出内斜齿轮修形齿面方程;预置齿廓、螺旋线修形系数,运用齿轮啮合原理构建内斜齿轮副的接触分析(TCA)模型,得出在不同的修形系数下的传动误差;通过有限元仿真分析,得出在不同的修形系数、不同载荷下的传动误差。结果表明,在不同的工况条件下应选择不同的修形系数才能满足使用要求,该方法对成形磨削的拓扑修形内斜齿轮设计提供了参考。