针对常规浸油润滑齿轮胶合试验不能真实反映齿轮喷油润滑实际运行环境的问题,参考FZG A/8.3/90齿轮胶合承载能力试验方法,使用喷油润滑齿轮疲劳试验台,开展了4106航空润滑油喷油润滑条件下的18CrNiMo7-6渗碳钢制齿轮在磨削和喷丸工艺下的胶合性能试验;并基于两参数威布尔分布理论,实现了不同可靠度下的齿轮胶合性能评价。进一步,基于Python语言和轻量化数据库SQLite开发了齿轮胶合试验数据管理系统,以实现胶合试验数据的有效管理和高效利用。研究表明,同样工况和工艺条件下,齿轮胶合失效的临界FZG载荷级存在2~3级的分散性;基于GB/Z 6413.1—2003闪温法发现,在4106航空润滑油喷油润滑条件下,对于50%、90%、99%可靠度,喷丸工艺状态的齿轮胶合温度分别为212.55℃、183.22℃、152.24℃,相比磨削工艺状态分别提升了1.51%、7.31%、14.99%;开发的数据管理系统实现了胶合...

当前,表面硬化齿轮存在多种铸锭工艺状态,开展铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响研究,对齿轮抗疲劳精益设计和成本控制有十分重要的意义。对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6渗碳齿轮开展了表面完整性表征测试,研究了不同铸锭状态齿轮的齿根残余应力、表面粗糙度和硬度差异;基于国家标准GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》,设计了齿轮弯曲疲劳试验方案,对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6齿轮开展了升降法齿轮弯曲疲劳试验,获取了不同可靠度下的弯曲疲劳极限,探究了铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳极限的影响;对3种工艺状态齿轮开展了Locati快速测定法的齿轮弯曲疲劳极限测试,研究了两种试验方法的弯曲疲劳极限结果差异,为我国齿轮疲劳基础数据建设与抗疲劳主动设计提供参考。

行星滚柱丝杠副(Planetary roller screw mechanism,PRSM)是一种新型重载传动装置。额定静载荷是反映其承载能力的关键指标。针对目前PRSM额定静载荷计算方法不统一、计算结果差异大等问题,阐述了以滚珠丝杠、滚动轴承、屈服极限和弹塑性线性强化为基础的4种PRSM额定静载荷计算方法并建立相应计算模型,对比分析了结构参数对4种方法所得额定静载荷的影响规律;建立了PRSM弹塑性接触有限元分析模型,对4种计算方法的准确性进行了对比验证;提出了一种基于滚动轴承标准改进的PRSM额定静载荷计算方法。结果表明,以滚动轴承为基础的额定静载荷计算结果与有限元结果符合较好;所提出的改进计算方法,使其计算误差平均值从17.03%降至8.90%,能够较为精确地计算PRSM的额定静载荷,为行星滚柱丝杠副的设计、选型等提供了理论支撑。

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...

以新一代航空发动机传动系统等为代表的高端传动装备面临高速、高温、重载等极端服役环境挑战,使得胶合失效成为齿轮主要失效形式之一,严重影响系统寿命和可靠性。针对国内常用的3个齿轮胶合评价标准在齿轮胶合承载能力计算结果之间差异较大,且标准公式适用范围存在差异的问题,详细研究了闪温法和积分温度法,从理论分析、公式对比和案例分析三个方面开展了渐开线圆柱齿轮胶合承载能力标准对比研究;并针对FZG A型齿轮,进行了对比计算分析。结果表明,由于HB/Z 84.4的平均摩擦因数计算结果偏高,与GB/Z 6413.2相比计算结果偏大,HB/Z 84.4结果偏保守。GB/Z 6413.1和GB/Z 6413.2在较大的转矩、油温、转速范围内,齿面温度计算结果相差不大;但是,随着模数的减小,二者的齿面温度计算结果差异变大;模数在4~7 mm内,二者齿面温度计算结果相差不大。

啮合温度影响塑料齿轮服役过程中的疲劳、磨损、噪声等服役行为,在塑料齿轮的力学响应和性能预测时不可忽略。为预测塑料齿轮的啮合温度,考虑聚甲醛(POM)材料的温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应,建立了塑料齿轮啮合温度场有限元数值模型。基于POM齿轮副热黏弹接触分析,获取摩擦热流和滞后热通量作为热源;通过啮合温度与材料弹性模量耦合迭代,获取考虑温度-模量效应后的齿轮稳态啮合温度和齿面闪温。稳态啮合温度和闪温分析结果分别与试验和Blok理论结果吻合良好。研究结果表明,干运行条件下滞后生热温升对稳态啮合温度影响较小,摩擦生热温升是塑料齿轮稳态啮合温度的主要组成部分。

随着风电、高铁、航空等重大装备向着高可靠性、长寿命、智能化的方向发展,对齿轮、轴承等基础零部件的寿命提出更高的要求,也迫切需要更为科学、高效的疲劳寿命预测方法。机械零部件的寿命预测方法可分为基于物理失效模型、基于数据驱动模型和基于融合模型3种。随着零部件寿命预测研究向高精度、高效率发展,基于物理模型的寿命预测方法由于其模型复杂、耗时、不具有普适性等缺陷难以满足现代需求。基于数据驱动技术由于其具有无需知道其具体失效机理、预测结果准确等优点,且伴随机器学习、深度学习等技术的迅速发展,使得其成为零部件疲劳寿命预测研究的热点。鉴于此,详细阐述了基于数据驱动的机械零部件疲劳寿命预测方法,并详细介绍了神经网络、支持向量机、随机森林、深度学习等数据驱动方法在零部件寿命预测中的应用,...

齿轮中的非金属夹杂物对齿轮接触疲劳强度有显著影响,为了提高齿轮的疲劳性能,研究齿轮中的夹杂物对疲劳寿命的影响机理很有必要。为此,建立了含夹杂物的齿轮副的有限元模型,基于Brown-Miller多轴疲劳准则预测了齿轮的接触疲劳寿命。主要探究了夹杂物的尺寸、弹性模量、深度以及夹杂物排列方式对齿轮接触疲劳性能影响。结果表明,夹杂物尺寸的增大加大了应力集中区域;夹杂物和基体的弹性模量相差越大危害越大;当夹杂物位于约0.49倍接触半宽深度时危害最大;两临近夹杂物的排列角度和间距对解除疲劳强度也有影响,两夹杂物距离越近,应力集中效应越明显,危害越大。