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。

弧齿锥齿轮齿面形状为空间曲面,齿面粗糙度的变化可对其啮合性能产生显著的影响,直接影响系统的振动、承载等性能。采用平行主轴式滚磨光整工艺对某航空弧齿锥齿轮的齿面粗糙度开展了理论仿真及实验研究。建立工艺运动的数学模型,推导出磨料与齿面间切削速度的公式,分析了影响结果的主要因素;借助EDEM软件的Hertz-Mindlin with archard wear模型,仿真了齿面磨损情况;采用该工艺对盘式弧齿锥齿面的表面质量进行了实验研究。结果表明,采用该工艺可使齿面毛刺消除,边角倒圆,齿面粗糙度Ra从0.8μm降至0.4μm左右,齿面形貌趋于各向同性,为后期研究齿轮接触性能和工业应用奠定了基础。

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。

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。