关键词： 航空发动机   齿轮传动   构型设计   多目标优化   软件开发  

摘要： 附件机匣齿轮传动系统作为航空发动机附件动力传递与驱动的关键基础部件,其传动构型与结构设计繁琐,且涉及元件和系统的设计参数众多,传统基于经验公式与零散程序的设计模式难以满足先进航空装备对高承载、长寿命、轻量化传动系统高效设计要求。为此建立了“构型设计—元件设计—系统分析—系统优化”的航空发动机齿轮传动设计方法,基于C++/Python程序语言开发了航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件。同时依据设计需求,应用所开发软件生成了四种传动构型方案,优选同轴多输出非对称分流构型,以轻量化、高承载为优化目标,基于NSGA-Ⅱ算法开发传动系统多目标优化模型,实现齿轮组减重15.81%,薄弱环节齿轮传动安全性提高2.98%,为新一代航空高端装备齿轮传动设计提供了理论方法和软件工具。

关键词： 倾转旋翼机   滚珠丝杠   作动器   动力学  

摘要： 倾转旋翼机的倾转机构是由齿轮副与滚珠丝杠副组成的复杂结构,动力学问题较为突出。为准确分析其动态行为并探明振动机制,考虑丝杠副的滚珠冲击激励以及齿轮副的准静态传动误差激励耦合作用,提出了一种齿轮-滚珠丝杠作动器系统动力学耦合建模方法。基于系统动力学方程求解特征值问题,得到了系统各阶固有频率与振型;对比有限元模态分析结果,验证了理论模型的准确性;在此基础上,分析了齿轮-滚珠丝杠作动器系统的动态行为,研究了丝杠副结构参数对输出响应的影响。结果表明,丝杠轴向振动响应随着螺旋升角的增大而减小,随着接触角的增大呈现先增大后减小的趋势。

关键词： 变双曲圆弧齿线圆柱齿轮   接触疲劳裂纹   裂纹扩展   XFEM仿真   应力强度因子  

摘要： 为探明变双曲圆弧齿线(Variable hyperbolic circular-arc-tooth-trace,VH-CATT)圆柱齿轮接触疲劳裂纹的扩展机制,指导齿轮的设计优化,降低裂纹扩展速度,基于齿轮曲率特性,建立了VH-CATT圆柱齿轮接触椭圆数值计算模型,通过有限元法和数值计算法,分析了齿面椭圆接触轨迹,确定了齿轮易萌生裂纹的危险位置。针对裂纹运用扩展有限元(Extended finite elementmethod,XFEM)的分析方法,研究了VH-CATT圆柱齿轮接触疲劳裂纹的扩展规律。通过建立VH-CATT圆柱齿轮应力强度因子分析模型,分析了模数、齿线半径及裂纹预置角对I型应力强度因子的影响规律。结果表明,长裂纹扩展阶段,齿轮模数越大,裂纹在齿宽和齿芯方向的应力强度因子越大;齿线半径较大时,能够有效减小长裂纹扩展阶段裂纹前缘的应力强度因子;裂纹预置角较大时,朝齿宽及齿芯方向的应力强度因子也随之变大。

关键词： 裂纹   点蚀   耦合   人字齿轮行星轮系   时变啮合刚度  

摘要： 为深入研究裂纹-点蚀耦合作用对人字齿轮行星轮系时变啮合刚度的影响,提出一种具有裂纹-点蚀耦合作用影响下的人字齿轮行星轮系时变啮合刚度的计算模型,采用势能法和积分法进行求解。分别研究了内、外啮合副含裂纹-点蚀耦合故障对人字齿轮行星轮系的时变啮合刚度的影响。结果表明,行星轮系内、外啮合副的时变啮合刚度随着裂纹-点蚀耦合故障程度增加而减小;当裂纹影响区未超过点蚀影响区时,裂纹和点蚀故障共同影响时变啮合刚度;当裂纹影响区超过点蚀影响区时,时变啮合刚度的变化由裂纹故障主导,其值减小量最大;同时,外啮合相对内啮合对裂纹-点蚀耦合故障更敏感。研究结果为人字齿轮行星轮系的动态振动特性提供理论依据。

关键词： 齿轮铣削   实体建模   刀具工件切触区域   刀具路径规划  

摘要： 针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工,提出一种基于三维实体造型技术的球头铣刀与工件瞬时切触区域(简称切触区域)仿真分析方法。建立齿轮铣削运动模型,准确描述铣刀和工件之间的运动关系;在齿轮齿廓精确模型描述的基础上,基于等残留高度法实现球头铣刀刀具路径规划;通过刀具扫掠体与过程工件模型之间进行布尔求差得到更新过程工件模型;依据切触区域的球面几何特性,从更新过程工件几何模型中识别出切触区域;利用平行于刀具轴线的平面将切触区域进行切割,得到切触区域角度区间。切削试验结果表明,仿真切触区域结果与实际加工结果具有一致性,验证了仿真计算的有效性和准确性;球头铣刀与工件切触区域的准确提取,为齿轮铣削力、刀具磨损等物理量的精确预测奠定了基础。

关键词： 风力发电机组   旋转机械   振动故障诊断   信号处理   机器学习算法  

摘要： 风力发电机组作为可再生能源的核心部分,其稳定运行对电力系统安全与可靠性至关重要。然而,齿轮箱和发电机等旋转机械易出现振动故障,严重影响设备性能和使用寿命。本文以齿轮箱和发电机为例,研究风力发电机组旋转机械振动故障诊断技术及应用。通过分析振动信号特征,确定了主要振动故障类型及其特征频率。采用时频分析、小波变换和希尔伯特-黄变换等先进信号处理方法,对振动信号进行处理和特征提取,显著提升了故障诊断的准确性。基于特征参数抽取,利用如支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)和深度学习(DL)等机器学习算法,构筑了一套脉动错误诊断模型。试验成果揭示,该模型有能力有益地认出并分别发电机与交换器箱的多种错误类型,并且准确性均超过90%。论文中所研究的成果已被引入实际风能发电机组的运行监测系统中,为旋转机械脉动错误的实时监测和预警服务。现场试验的验证表明,该论文中提出的方法对风能发电机组运行的可靠性有显著的提升,可以缩减设备停产的时间,降低维护支出。本研究不仅为风力发电机组的故障诊断提供了新的技术手段,也为其他类型旋转机械的健康监测和故障预警提供了重要参考。研究结果对于提高风力发电设备的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。

关键词： 高中物理   角动量守恒   天体运动   物理现象   刚体动力学   旋转状态   绕轴旋转   物理依据  

摘要： 角动量是物理学中用于描述物体绕轴旋转运动的重要物理量,是力学研究中的核心概念之一。作为矢量,角动量反映了物体的旋转状态,受物体的转动惯量和角速度的双重影响。角动量守恒定律在刚体动力学、天体运动和微观粒子自旋等多种物理现象中均发挥着作用。当系统不受外力矩作用时,其总角动量保持恒定,这一守恒特性为复杂旋转运动问题的分析提供了物理依据。笔者将结合实际例题,让我们直观地感受到在无外力矩作用下系统总角动量保持不变的规律,进而掌握如何运用角动量守恒解决溜冰运动员旋转和物体碰撞后的运动状态等问题。

关键词： 齿盘   啮合方程   共轭齿面   齿数   运动学仿真  

摘要： 提出一种与球齿轮啮合的3自由度齿盘结构,该齿盘由两个环形齿条齿面和两个弧形齿面组成,能够实现平面和球面之间运动和动力的转换,且理论上没有传动误差。根据球齿轮齿盘的啮合原理,利用空间变换理论,推导出齿盘的齿面方程和啮合方程;根据齿盘结构特点,由球齿轮和齿盘弧形齿的正确啮合条件推导出与球齿轮啮合时齿盘每一层的齿数,并对球齿轮-齿盘结构进行了运动学仿真,计算了齿盘各层啮合时的啮合效率。验证说明,球齿轮-齿盘结构能够稳定地传递动力。齿盘的参数化设计提供了一种能实现平面和球面之间运动和动力转换的结构。

关键词： 金属粉末注射成形   尺寸精度   烧结温度   收缩率   孔隙率   密度   硬度  

摘要： 【目的】为提高小模数齿轮的精度，以420不锈钢粉末为原料，采用金属粉末注射成形（Metal powder Injection Molding, MIM）工艺，在1 330～1 360℃的烧结温度下制备小模数齿轮；以微观形貌最佳的注射坯为前提条件，研究烧结温度对小模数齿轮精度的影响。【方法】采用MLA650F场发射扫描电子显微镜观察齿轮注射坯的微观形貌，采用JE 20齿轮测量中心、Image J软件、洛氏硬度计分别测量了烧结后齿轮的精度、孔隙率、硬度。【结果】结果表明，在110 MPa注射压力下，烧结温度在1 330～1 350℃，齿轮表面的孔隙率降低48.28%，密度提升5%，硬度提升8.22%，收缩率持续增大，精度逐渐提高；当温度超过1 350℃后，孔隙率降低20%，密度降低0.26%，硬度降低0.51%，收缩率缓慢提高，齿轮精度逐渐下降；烧结温度为1 350℃时，齿轮的综合性能最佳，孔隙率为1.5%，密度为7.56 g/cm3，硬度为39.5 HRC，收缩率为14.1%，精度等级最高，达到了GB/T 2363—1990标准的7级精度。

关键词： 双圆弧刀具   直齿锥齿轮   齿面修形   啮合仿真   遗传算法  

摘要： 提出了基于双圆弧刀具加工直齿锥齿轮副承载传动误差波动量最小的优化方法，以改善其啮合性能。采用双圆弧刀具模拟冠状产形轮，引入刀具修形系数、刀盘平均半径和刀刃角，建立考虑齿廓和齿向修形的直齿锥齿轮齿面模型。根据两啮合齿轮连续相切条件，建立齿面接触分析模型，结合齿面间隙、法向柔度矩阵和数学规划，建立轮齿承载接触分析模型。在此基础上，建立以几何传动误差对称性和承载传动误差波动量最小为目标的优化模型，通过调整刀具修形原点位置和优化刀具参数来实现，对比优化前后齿轮几何传动误差和承载传动误差。算例结果表明，刀具修形原点位置影响几何传动误差的对称性，刀具修形系数越大，齿廓修形量越大，则几何传动误差幅值和承载传动误差幅值将增大；随着刀盘平均半径减小和刀刃角增大，齿向修形量增大，则齿面印痕区域将减小。优化后，在工作载荷下，承载传动误差波动量降低了56.54%，能够有效地降低齿轮副的振动激励。