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考虑残余应力与杂质的齿轮接触疲劳评估模型
1
作者 刘义 孙霖霖 +3 位作者 杨文瀚 郭辉 侯圣文 刘更 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期50-59,共10页
磨齿、喷丸、表面光饰等齿轮表面处理技术会在材料内部产生残余应力,同时,金属材料中不可避免地存在杂质,残余应力与杂质对齿轮的接触疲劳寿命均有显著影响。为有效评估齿轮的接触疲劳风险,该文提出了一种综合考虑残余应力与杂质共同作... 磨齿、喷丸、表面光饰等齿轮表面处理技术会在材料内部产生残余应力,同时,金属材料中不可避免地存在杂质,残余应力与杂质对齿轮的接触疲劳寿命均有显著影响。为有效评估齿轮的接触疲劳风险,该文提出了一种综合考虑残余应力与杂质共同作用的数值模型。该模型使用等效夹杂法将齿轮内部的杂质转化为含本征应变的夹杂,并在位移方程中考虑了杂质与残余应力的耦合作用。研究过程中,计算了残余应力与杂质作用下的应力分布,并通过有限元法对模型进行了验证;使用Dang Van准则计算了等效应力,并将其代入Lundberg-Palmgren寿命模型,计算了齿面接触疲劳的最小循环次数,分析了残余应力、杂质等对齿轮接触疲劳寿命的影响规律。分析结果表明:杂质对齿轮接触疲劳寿命的影响远远大于残余应力的影响,且对疲劳最早出现的啮合位置具主导性;残余拉应力与杂质共同作用下,次表层最大应力增大且位置向材料表层偏移,齿轮更容易发生接触疲劳。 展开更多
关键词 齿轮 接触疲劳 残余应力 非均质材料 风险评估 Dang Van准则
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主轴式滚磨光整对齿轮表面完整性的影响及工艺参数优化
2
作者 谭靓 项世乾 +2 位作者 雷其平 侯圣文 姚倡锋 《表面技术》 北大核心 2025年第14期159-171,共13页
目的 针对齿轮滚磨光整加工表面完整性基础数据缺乏、工艺控制规律不清的问题,探索主轴式滚磨光整工艺参数对齿轮表面完整性的影响规律,并进行预测建模和工艺参数优化。方法 采用单因素和响应曲面试验方法,对8620RH齿轮钢直齿圆柱齿轮... 目的 针对齿轮滚磨光整加工表面完整性基础数据缺乏、工艺控制规律不清的问题,探索主轴式滚磨光整工艺参数对齿轮表面完整性的影响规律,并进行预测建模和工艺参数优化。方法 采用单因素和响应曲面试验方法,对8620RH齿轮钢直齿圆柱齿轮进行主轴式滚磨光整工艺试验,测试加工后齿面表面粗糙度、表面几何形貌、残余应力场、显微硬度场和表层微观组织,讨论工艺参数对表面完整性的影响规律;采用多元线性回归方法,建立表面完整性特征与工艺参数的映射关系模型;基于改进的灰色关联度分析方法,以最大灰色关联度为目标优化滚磨光整工艺参数,并进行试验验证。结果 主轴式滚磨光整加工后齿面三维表面粗糙度Sa由0.280μm降低至0.089μm,表面几何形貌和表面纹理均匀一致;随着埋入深度、主轴转速和加工时间的增大,表面粗糙度逐渐减小并趋于稳定;齿高方向残余压应力大于齿宽方向残余压应力,残余压应力影响层深度约为40μm;表面显微硬度最大硬化程度约为9.9%,硬化层深度约为40μm,表层微观组织塑性变形层深度约为5μm。表面完整性预测模型的P值小于0.000 1,决定系数R2大于0.94;最佳主轴式滚磨光整工艺参数组合为埋入深度166 mm、主轴转速130 r/min、加工时间80 min,该工艺参数下模型预测误差在7%以内。结论 主轴式滚磨光整可去除齿轮磨削纹理,降低表面粗糙度,提高表面下20μm范围内的残余压应力和显微硬度。获得了主轴式滚磨光整工艺参数对表面完整性的影响规律,建立了表面完整性特征预测模型,为齿轮高表面完整性控制提供了基础数据和工艺方法支撑。 展开更多
关键词 齿轮 主轴式滚磨光整 表面完整性 表面粗糙度 残余应力 灰色关联度 工艺参数优化
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双压力角非对称齿轮廓形设计及蜗杆砂轮磨齿方法 被引量：1
3
作者 余水鑫 储涛 +5 位作者 黄潇辉 曹华军 王丽丹 侯圣文 姚景超 陶桂宝 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第5期117-132,共16页
双压力角非对称齿轮是一种双侧齿面采用不同压力角的渐开线齿轮,其独特的齿廓设计对齿轮的强度、传动效率及动态特性等方面具有重要影响。与传统的对称齿轮不同,双压力角非对称齿轮通过采用不同压力角的齿廓设计,能够提高齿根承载能力,... 双压力角非对称齿轮是一种双侧齿面采用不同压力角的渐开线齿轮,其独特的齿廓设计对齿轮的强度、传动效率及动态特性等方面具有重要影响。与传统的对称齿轮不同,双压力角非对称齿轮通过采用不同压力角的齿廓设计,能够提高齿根承载能力,减小传动误差,特别适用于复杂动态负载和特殊传动要求的场合。基于齿轮啮合原理,研究了双压力角非对称齿轮的齿廓精确设计及其蜗杆砂轮磨齿加工方法。首先,推导了非对称齿轮的齿廓方程,详细分析了齿条刀具与齿轮之间的啮合关系,建立了齿轮的精确几何模型。在蜗杆砂轮磨齿加工方面,研究了蜗杆砂轮的轮廓设计、修整方法及其在非对称齿轮加工中的应用。经VERICUT仿真试验,发现非对称蜗杆砂轮磨削加工得到的齿轮廓形与理论设计廓形基本一致,验证了双压力角非对称蜗杆砂轮廓形及其开展磨齿加工的可行性。该研究为非对称齿轮的设计和加工提供了理论依据,对提高齿轮传动系统的效率和可靠性具有重要意义。 展开更多
关键词 非对称齿轮 数学建模 蜗杆砂轮磨齿 仿真
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采用修形曲面优化的小模数偏置面齿轮逆向设计
4
作者 王龙飞 郭辉 +2 位作者 阮宇航 刘建龙 冉小平 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第4期732-740,共9页
针对小模数偏置面齿轮齿面的高精度重构问题,提出了一种基于三坐标测量和修形曲面优化的逆向设计方法。建立了齿面共轭展成坐标系,推导出小模数偏置面齿轮理论齿面径矢方程和法矢方程;设计规划了测量坐标系和测量路径,通过高精度三坐标... 针对小模数偏置面齿轮齿面的高精度重构问题,提出了一种基于三坐标测量和修形曲面优化的逆向设计方法。建立了齿面共轭展成坐标系,推导出小模数偏置面齿轮理论齿面径矢方程和法矢方程;设计规划了测量坐标系和测量路径,通过高精度三坐标测量仪获得了样品齿轮的齿面数据;给出了小模数面齿轮综合修形曲面设计方法,并通过优化迭代精确求解出能够逼近样品齿轮齿面的最佳修形参数,实现光滑齿面的逆向设计;进行了样品齿轮、逆向设计齿轮和其他常规设计齿轮的对比分析和啮合实验。结果表明:经过修形曲面优化的逆向设计齿面与原样品齿轮齿面之间在工作齿面范围的误差小于2μm,接触印痕高度一致,且明显优于采用其他2种方式设计的齿面性能,证实了该逆向设计方法的实用性和有效性。 展开更多
关键词 修形曲面 小模数偏置面齿轮 逆向设计 优化逼近 齿面测量
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滚磨光整对齿轮表面完整性和性能的影响 被引量：1
5
作者 侯圣文 谭靓 +3 位作者 钟华 雷其平 卫少帅 董凡 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第6期1024-1030,共7页
以某型号重型卡车十二挡变速器斜齿轮为研究对象,研究了滚磨光整加工对齿轮表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和残余应力的影响,获得了滚磨光整前后变速器传动效率和整箱噪声。试验结果表明,滚磨光整后齿面表面粗糙度R_(a)从0.815μm下降... 以某型号重型卡车十二挡变速器斜齿轮为研究对象,研究了滚磨光整加工对齿轮表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和残余应力的影响,获得了滚磨光整前后变速器传动效率和整箱噪声。试验结果表明,滚磨光整后齿面表面粗糙度R_(a)从0.815μm下降到0.317μm,由喷丸强化加工产生的表面弹坑痕迹消失,表面形貌均匀一致。齿面显微硬度和残余压应力显著提升,表面残余压应力均超过1000 MPa,滚磨光整对齿面下深度大于0.02 mm的残余压应力无强化作用。滚磨光整后变速器综合传动效率提升约0.54%,平均噪声下降1~3 dB(A)。 展开更多
关键词 滚磨光整 齿轮 表面粗糙度 残余应力 传动效率
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基于统计模型的修形齿轮点接触混合润滑分析 被引量：4
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作者 周长江 吕运延 +1 位作者 郑明 侯圣文 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1-10,共10页
基于平均Reynolds方程和Zhao-Maietta-Chang(ZMC)弹塑性接触模型,提出鼓形修形齿轮点接触混合润滑的计算方法。采用渐进网格加密法计算润滑特性参数,对比稳态点接触混合润滑模型的仿真结果,验证提出模型的正确性。分析齿轮传动啮入点、... 基于平均Reynolds方程和Zhao-Maietta-Chang(ZMC)弹塑性接触模型,提出鼓形修形齿轮点接触混合润滑的计算方法。采用渐进网格加密法计算润滑特性参数,对比稳态点接触混合润滑模型的仿真结果,验证提出模型的正确性。分析齿轮传动啮入点、节点和啮出点的润滑特性,研究齿轮几何参数、工况参数对鼓形修形齿面润滑特性的影响规律。结果表明:油膜压力、微凸体接触压力和总压力在啮入点处最大,啮出点处最小;名义油膜厚度在啮出点处最大,啮入点处最小;随着模数、压力角和转速的增加,油膜压力、微凸体接触压力与总压力降低,油膜厚度增加;随着功率和鼓形修形量的增大,油膜压力、微凸体接触压力和总压力增大,油膜厚度降低。因此,增大模数、压力角、转速和减小功率、鼓形修形量可改善粗糙齿面润滑状态。 展开更多
关键词 混合润滑 平均Reynolds方程 粗糙齿面 鼓形修形
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齿轮类零件滚磨光整加工技术现状及发展思考 被引量：13
7
作者 杨英波 李文辉 +2 位作者 李东祥 侯圣文 杨胜强 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1-16,共16页
齿轮类零件是制约我国各类高端装备自主研发的核心基础件,齿轮表面质量对其长寿命、低噪声、高稳定性运行至关重要。在全面分析齿轮类零件多种不同光整加工工艺基础上,从形性协同、一体化普适高效加工的角度,明确了滚磨光整加工工艺改... 齿轮类零件是制约我国各类高端装备自主研发的核心基础件,齿轮表面质量对其长寿命、低噪声、高稳定性运行至关重要。在全面分析齿轮类零件多种不同光整加工工艺基础上,从形性协同、一体化普适高效加工的角度,明确了滚磨光整加工工艺改善齿轮类零件表面完整性的优势。在综合概述滚磨光整加工基本特征后,全面系统地综述了国内外有关齿轮类零件滚磨光整加工技术的研究与应用现状,归纳总结了不同工艺的技术原理、特点及适用范围。针对齿轮类零件滚磨光整加工现阶段存在的不同问题,立足优质高效、绿色普适和产业化实用的高质量发展理念,从齿轮结构特征、滚磨光整方式、加工表面演化、复合加工机理、介质基本特征和改性工艺组合等方面,提出了系统的新思考、新策略,对进一步推进齿轮类零件滚磨光整加工技术不断升级发展有积极的参考与借鉴。 展开更多
关键词 滚磨光整加工 齿轮类零件 表面完整性 形性协同抛磨 颗粒流场
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变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法 被引量：4
8
作者 曹蕾蕾 康凡军 +2 位作者 郭城臣 宋绪丁 吕文彻 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期1605-1610,1627,共7页
重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳... 重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明:分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。 展开更多
关键词 变速箱中间轴 焊接结构 多轴疲劳 多轴结构应力法 非比例载荷路径
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