关键词： 螺旋锥齿轮   近净成形   微观组织演化   参数优化  

摘要： 螺旋锥齿轮是机械传动的关键部件,包含相交轴传动的弧齿锥齿轮和相错轴传动的准双曲面齿轮,广泛应用于汽车、航空等领域。目前,螺旋锥齿轮的制齿方式主要以铣削加工为主,存在制齿效率低、生产成本高和严重的资源浪费等问题。采用近净成形精密锻造生产的螺旋锥齿轮仅需少量的切削甚至无需切削,不仅降低了制造成本,还可以使金属流线纤维沿齿廓分布更为合理,从而显著提高了齿轮的承载能力和使用寿命。同时,在热变形中金属材料内部微观组织形态的变化也直接影响金属外在的机械性能,微观组织存在缺陷已成为导致锻件报废的重要原因之一。因此,分析螺旋锥齿轮内部组织的演变行为规律对提高螺旋锥齿轮的性能具有较高的研究意义与工程价值。 本文围绕螺旋锥齿轮近净成形工艺过程中各工序内部微观组织的变化,主要包括温度场、应变场以及动态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸大小分布等情况开展相关技术研究,并根据各工艺参数对其微观组织的影响规律进行多目标优化分析,旨在获得内部组织分布均匀且细小的螺旋锥齿轮锻件。主要研究内容如下: (1)通过对齿轮钢20CrMnTiH高温变形流动行为进行热模拟实验研究,构建了20Cr Mn Ti H钢的流变应力模型。设计了螺旋锥齿轮的热锻工艺流程,结合二维零件图及加工范围要求,确立了热锻三维模型图和锻压模具模型图。最终根据等体积法计算出了加工该齿轮所需的初始棒料体积。 (2)利用Deform软件建立了螺旋锥齿轮的热锻变形-微观组织演化的二维、三维有限元模型,并设置了相关参数。模拟分析了齿轮在各个成形工艺环节过程中温度、应变及内部微观组织的分布特点和演化规律。根据实际生产经验进一步分析了不同工艺参数对锥齿轮内部微观组织的影响规律,并结合锥齿轮的受力情况重点对齿轮齿形区域的晶粒尺寸大小和分布均匀性进行了分析。 (3)结合响应面方法与有限元模拟技术,拟合了坯料高径比、棒料初始温度、模具的打击速度、摩擦因子这四个工艺参数与轮齿微观组织之间的响应面模型,通过变异系数等分析验证了模型的可靠性。通过对响应曲面结果的分析,进一步得到了工艺参数以及它们之间的交互作用对组织演化规律的影响,利用多目标优化进行迭代求解,获得了能够使螺旋锥齿轮具有均匀且细化的内部组织的工艺参数组合。 (4)基于优化得到的工艺参数组合进行了实际的加工生产实验,将生产的锻件齿形部位切片、处理并选定不同区域进行金相实验,进行实验结果与模拟结果的对比分析,确定误差在10%以内,从而验证了本文工艺方案的可行性与工艺参数优化的可靠性。

关键词： 齿轮箱   故障诊断   图卷积神经网络   图注意力网络  

摘要： 齿轮箱是机械传动系统中的核心组件,在各种机械设备中扮演着不可或缺的角色。但齿轮箱往往容易出现各种故障。因此,对齿轮箱进行及时准确的故障诊断显得尤为重要。传统的齿轮箱故障诊断方法通常依赖于经验丰富的专业技术人员,其主要根据对声音、振动等信号的主观判断。然而,这种方法存在主观性强、依赖于专家知识和经验的缺点,且在处理复杂情况下的准确率有限。随着深度学习技术的迅速发展,基于图神经网络的齿轮箱故障诊断方法逐渐引起了人们的关注和重视。利用图神经网络的图形优势来描述齿轮箱系统中复杂的结构关系,将齿轮箱的各个组件以及它们之间的相互作用建模为图的节点和边,可以更加直观地捕捉到数据之间相互关系。从而有效提取故障特征,解决图神经网络故障诊断中标记样本不足、过拟合和动态故障诊断等问题。本文具体研究工作如下: (1)针对图神经网络在故障诊断中标记样本不足和样本难以获取问题,提出一种有限标记样本下基于K近邻和平滑假设的对抗图卷积神经网络故障诊断方法。基于KNN和平滑假设设计标签传播策略,并计算欧式距离测量频域特征之间的相似性进行图模型构建;构建双通道图卷积网络对图结构进行处理,通过两个独立的图卷积层分别提取故障特征,将节点的特征信息与邻居节点相结合,从而获得更加丰富和准确的节点表示;为获取其更复杂的节点特征表示,减小模型过拟合的风险,通过多层感知机进行非线性变换,进一步对特征提取和组合。同时,引入对抗性损失提高了模型的鲁棒性和泛化能力,使其能够更好地处理未标记样本。 (2)针对图神经网络方法在齿轮箱故障诊断方面的样本相似性建模的局限性以及模型过拟合问题,提出一种基于加权距离度量下残差连接的图注意力网络。通过构建全连接图以生成邻接矩阵,并结合多种距离度量方法,充分挖掘样本之间的相似性;利用图注意力网络进行节点特征聚合,结合残差连接以减轻模型梯度消失风险;在Adam优化器中融入L2正则化及偏置校正,以降低过拟合问题。从而有效提取样本间相似性实现齿轮箱的故障诊断。 (3)针对齿轮箱在复杂的工业环境中,数据可能存在多种结构和内在联系,传统方法可能难以充分捕捉存在噪声数据的样本特征和数据动态更新的问题,限制了故障诊断的准确性。提出一种多头动态图注意力网络与协同相似性图的故障诊断方法。通过协同相似性图构建技术(包括K-近邻关联图、基于阈值的余弦相似度、全连接图和最小生成树),生成代表性的图结构,有效捕捉样本间的内在结构关系。随后,利用多头图注意力网络对图进行处理和动态图提取节点关系,提升模型的建模能力,从而有效提取样本之间的多种内在联系,提高模型的故障诊断性能。

关键词： 面齿轮   安装误差   修形   承载接触分析  

摘要： 面齿轮传动是一种由圆柱齿轮和面齿轮组成的角度传动机构,在航空航天、汽车工程等传动装置上得到了广泛的应用。面齿轮承载接触分析可以得到诸如承载接触路径、齿面接触应力、齿根弯曲应力、承载传动误差等承载接触特性参数,在一定程度上反映实际应用中齿轮的承载接触特性,对齿轮传动设计具有一定的参考性。当前对面齿轮进行承载接触分析的主要方法是先在三维软件中进行建模再导入有限元仿真软件进行分析,这种方法会使得建模的精度和效率较低,并且在装配时会造成齿面干涉的现象,所以也有在数值计算软件例如Matlab中进行承载接触分析的方法,但是对于修形后的齿轮,由于齿面点不连续的原因,在进行计算迭代时会出现不收敛的情况,导致程序无法进行计算。因此,本文研究了一种面齿轮传动有限元精确装配模型的构建方法,提高了建模精度和效率,可以对修形或含有安装误差的面齿轮进行承载接触分析。主要研究内容和成果如下: (1)根据微分几何和面齿轮啮合原理的内容推导了螺旋圆柱齿轮和面齿轮的齿面方程,通过数值计算得到了面齿轮传动有限元模型的装配转角,编写程序建立了面齿轮传动有限元网格装配模型并对有限元前处理条件进行设置,在后处理模块,通过编写脚本文件对参数进行提取和计算,得到了面齿轮的承载接触特性,并对有限元建模的正确性进行了验证。 (2)在无误差及含有安装误差的情况下,对面齿轮的承载接触印痕、齿面接触应力、齿根弯曲应力、承载传动误差等承载接触特性进行了比较分析。结果表明:安装误差会对面齿轮的啮合情况产生影响,当安装误差过大时,面齿轮齿面会产生应力集中和干涉的现象,当Δγ=0.01°时,齿面最大接触应力为896.51MPa,与标准安装的情况相比增大了41.33%,且轴向安装误差与轴夹角安装误差对承载接触特性的影响大于偏置安装误差。在两项安装误差耦合的情况下,保持一项安装误差不变,则另一项安装误差对承载接触特性的影响规律与单项安装误差作用时相同。 (3)对齿面修形后的面齿轮传动进行了承载接触分析,在对齿面进行修形后,面齿轮齿顶与齿根在啮合时产生边缘接触的情况面齿轮传动的啮合情况得到改善,降低了边缘接触时的接触应力,当Δa=7.2μm时,面齿轮齿面的最大边缘接触应力为265.44MPa,相对于未修形的面齿轮齿面减小了58.15%,齿面接触应力和承载传动误差绝对值降低,当Δa=7.2μm时承载传动误差最小值为-4.51″,与未修形前的承载传动误差最小值-6.57″相比减小了31.35%。齿面修形后面齿轮传动啮合的平稳性增强。

关键词： 新能源汽车   驱动桥   齿轮   齿面检测   质量控制  

摘要： 新能源汽车的驱动系统对于整车的性能具有重要作用，驱动桥齿轮是其中的关键部件。齿面质量直接影响着齿轮的传动效率，所以要对齿面质量严格控制。本文探讨了新能源汽车驱动桥齿轮齿面的检测技术和质量控制方法，介绍了新能源汽车驱动桥的特点和齿轮的作用，分析了常用的齿轮齿面检测技术，从设计优化、材料选择与处理、加工工艺优化、检测与反馈控制等方面提出了齿轮齿面质量控制方法。

关键词： 发动机   面齿轮   中央传动  

摘要： 面齿轮作为航空发动机的核心部件，具有广泛的应用前景和发展潜力。在现代航空工业中，面齿轮的性能和可靠性已经成为衡量一个引擎质量的重要指标。由于面齿轮的运动特性复杂且会受到多种因素的影响，如材料选择、加工精度、表面粗糙度等，所以面齿轮的设计是一个复杂的过程。本文通过对航空发动面齿轮的工作原理以及动力学特性进行分析，提出了面齿轮中央传动设计方案，为航空发动机技术的发展提供了一定的参考价值。