关键词： 蔬菜移栽   植苗机构   行星轮系五杆推苗机构   凸轮连杆扶苗机构   运动综合   设计  

摘要： 在全球范围内,我国的蔬菜种植面积和产量都超过了40%,成为了世界上最大的蔬菜生产国和消费国。通过育苗移栽技术,可以显著提升蔬菜的存活率,缩短生长周期,并且还能带来更多的经济效益。机械化移栽不仅可以提高工作效率,减轻人力,而且可实现标准化种植。植苗机构是机械化移栽的核心机构,直接影响蔬菜钵苗的移栽效果。查阅相关文献发现目前植苗机构还存在问题:鸭嘴式植苗机构在黏土环境下栽植器易粘土而发生难落苗现象;导苗管式植苗机构因钵苗下落高度较大,钵体易发生破损,直立度不易控制。因此,本文提出一种能实现楔形侧面接苗方式、由推苗机构和扶苗机构等组成的非圆齿轮系-多杆组合式植苗机构,并开展了植苗机构工作机理分析、四位姿运动综合、运动仿真、高速摄像和植苗试验研究。主要研究内容和结果如下:1)分析了钵苗与导苗管式植苗机构的互作机理,提出有利于降低钵体损伤的楔形侧面接苗方式,并进行碰撞力学建模、EDEM离散元仿真和钵苗跌落试验研究。通过与底部平面接苗方式对比,表明楔形侧面接苗方式能有效降低钵体损伤程度,为后续植苗机构设计提供依据;2)介绍了开链机构精确四位姿尺度综合方法,建立了开链2R和3R的机构综合数学模型,并进行2R和3R机构的运动缺陷判别,建立其机构解域。由开链2R和3R机构组合为闭链五杆机构并分析其曲柄存在的条件,构建了闭链五杆机构解域;3)提出并分析了非圆齿轮系-多连杆组合式植苗机构的组成及其实现钵苗栽植的工作原理。根据植苗机构的植苗机理给定在推苗板目标轨迹上的4个关键位姿点,以及行星架的转动角度,完成行星轮系五杆推苗机构解域创建,并提出了两级非圆齿轮传动比的合理分配,以及非圆齿轮节曲线生成的方法;4)对推苗机构及扶苗机构进行了运动轨迹分析。利用MATLAB平台开发了行星轮系五杆推苗机构辅助分析与计算软件,得到行星轮系五杆推苗机构的参数解,并根据计算结果进行凸轮连杆扶苗机构参数求解,实现推苗机构和扶苗机构配合运动;5)根据植苗机构参数和工作要求完成植苗机构结构设计,在Solidworks中建立该机构三维实体模型,并导入ADAMS中进行运动仿真,通过比较仿真分析与理论计算结果验证了植苗机构理论模型和设计的正确性;进行零部件加工、样机装配及试验台搭建,最后进行机构植苗试验,检验了植苗机构样机工作性能,验证了其应用可行性。

关键词： 行星轮系   平面刚-柔机械臂系统   振动响应   动力学分析与控制  

摘要： 行星齿轮传动关节是航天机构的核心部件。相较于地面机构,航天机构的工作环境更为复杂,具有微重力和温度变化快等特点。这些环境特征会对行星齿轮传动关节的运行状态产生影响,从而影响航天机构执行任务的准确性和精度。因此,对行星齿轮传动关节进行动力学分析,并在此基础上展开相关的应用研究具有重要意义。 首先,对行星齿轮传动系统建立坐标系,考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差、粘性阻尼、轴承支撑刚度等非线性影响因素,基于集中参数法建立了航天空间工作环境下的15自由度行星轮系平移-扭转非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法对动力学微分方程组进行求解,分析了在不同工作状态下行星轮系的动力学响应特性。 其次,在对行星轮系动力学响应分析的基础上,考虑了航天机构的工作环境温度变化范围大的特点,根据材料热变形理论和渐开线直齿圆柱齿轮热变形机理,分析了-200℃到300℃温度区间下的齿侧间隙和时变啮合刚度变化趋势,对不同温度下行星轮系的动力学响应特性进行研究分析。 最后,对行星齿轮传动关节与平面刚-柔机械臂的耦合效应进行了分析。将假设模态法和拉格朗日法结合,建立了考虑关节影响的平面刚-柔机械臂系统的动力学模型。详细分析了行星轮系传动关节不同侧隙和温度以及不同连杆物理参数对机械臂系统动力学特性的影响规律。在建立的平面刚-柔机械臂系统动力学模型基础上,采用了一种基于径向基神经网络的滑模控制方法,实现了对系统的运动控制和柔性连杆的振动抑制。为航天机构进一步的动态响应分析和设计优化提供了理论依据。

关键词： 人字齿轮   误差分析   三坐标测量机   对称性偏差  

摘要： 人字齿轮不仅具有斜齿轮承载能力高的特点,还克服了斜齿轮具有轴向力的缺陷,被广泛应用于船舶、航空航天等高速重载的领域。人字齿轮制造所产生的对称性偏差将导致载荷分布不均匀,尤其是在高速重载航空齿轮传动系统中更加突出,严重影响齿轮的使用寿命。而目前国内有关人字齿轮对称性偏差评价、检测等缺乏标准,制约着人字齿轮设计与质量检测。本文对人字齿轮对称性偏差的表征、检测以及检测数据处理方法开展相关研究,具有重要的研究价值与工程意义。本文主要工作如下:1、分析了现有关于人字齿轮两对应轮齿对称性偏差的概念及测量方法存在的不足,基于人字齿轮对称性偏差的概念,提出了将人字齿轮对称性偏差用对称中面为参照的螺旋线方向和齿廓线方向的距离偏差和角度偏差来表示,并分解为齿轮周向、径向距离和角度偏差几个具体指标,同时建立了其计算理论。2、研究了三坐标测量仪检测人字齿轮轮齿对称性偏差的齿廓测点提取方法,并设计开发了检测数据求取齿轮周向、径向距离和角度偏差几个具体指标的程序。3.基于作者提出的人字齿轮对称性偏差定义与检测方法、数据处理软件,用三坐标测量仪对三组航空用人字齿轮进行了检测,经数据处理软件处理不仅获得了人字齿轮的齿廓偏差、螺旋线偏差,同时获得了对称性偏差,其结果与Quindos软件处理的精度接近,验证了作者提出的人字齿轮轮齿对称性偏差理论、检测方法、数据处理程序的正确性。4.根据测量结果分别建立了齿轮周向距离偏差、径向距离偏差和角度偏差的人字齿轮静力学接触力学模型,比较不同指标对于人字齿轮齿面应力分布的影响程度与规律,获得了对人字齿轮啮合特性影响最大的对称性偏差分量,为人字齿轮设计技术指标控制提供指导。图66幅,表12个,参考文献79篇

关键词： 风电机组传动链   参数辨识   疲劳损伤   齿轮磨损  

摘要： 传动链作为风电机组中传递力与运动的关键传动装置,其运行性能直接决定整机的可靠性与安全性。随着风电机组向大型化、深远海方向发展,风电机组传动链更易受到复杂载荷的影响,造成齿轮箱中关键零部件失效,而齿轮作为功率传递的纽带,失效率占整个齿轮箱失效的50%。且在长期服役过程中会出现齿面磨损等性能退化现象,造成动力学参数偏离设计值。现有基于数据驱动以及仿真软件预测齿轮损伤的方法,存在着新机型无故障数据来源以及计算耗时长等限制,严重制约了风电机组向着大型化、深远海方向发展。因此,实现风电机组传动链运行状态辨识和齿轮损伤动态评估,有助于提前预估风电机组齿轮故障时间,对优化风电机组运维策略具有重要意义。本文以某型5 MW风电机组传动链为研究对象,考虑传动链多级行星传动构型与系统扭振特性,建立风电机组传动链系统扭振动力学模型,结合各级齿轮角加速度、角位移、轮毂和发电机负载等时域信号,提出了两种风电机组传动链动力学参数辨识方法,实现对齿轮接触与弯曲疲劳损伤的动态预估,并探究了不同齿轮齿面磨损状态下风电机组传动链齿轮疲劳损伤变化规律。本文主要研究内容如下:(1)基于齿轮系统动力学理论,综合考虑时变工况、行星传动啮合相位、时变啮合刚度和啮合阻尼等内外部激励,建立风电机组传动链扭振动力学模型,分析稳定工况和变载工况下系统转速、啮合力的动力学特性。(2)推导了风电机组传动链各级齿轮转动惯量和啮合刚度目标函数,结合各级齿轮角加速度、轮毂和发电机负载反馈等时域信号,提出了基于最小二乘法和遗传算法的风电机组传动链两种动力学参数辨识方法;建立了风电机组传动链SIMPACK虚拟样机模型,对比分析不同工况下传动链扭振动力学模型转动惯量、时变啮合刚度辨识效果。(3)基于风电机组传动链转动惯量和时变啮合刚度估计值,分析了风电机组传动链扭振动力学模型与SIMPACK虚拟样机模型中齿轮转速、动态啮合力和接触、弯曲应力等系统响应差异;结合线性累积疲劳损伤理论和齿轮S-N曲线,分析不同工况下风电机组传动链各级齿轮接触与弯曲疲劳损伤变化规律。(4)考虑风电机组传动链长期服役过程中齿轮磨损的影响,建立风电机组传动链齿轮齿面均匀磨损模型,分析齿顶、鼓形磨损对低速级太阳轮和高速级小齿轮时变啮合刚度与动态啮合力影响;结合风电机组传动链动力学参数辨识方法,实现不同工况与磨损形式下齿轮接触与弯曲疲劳损伤动态预估。

关键词： 行星轮系   均载系数   多轴疲劳   临界平面法   疲劳寿命预测  

摘要： 行星轮系齿轮箱具有结构紧凑、传输功率质量比大、运行平稳和振动噪声小等优势,在核电等能源领域中广泛应用。行星轮系齿轮箱作为核电机组重要组成部件之一,轮系均载性能和齿轮承载能力是影响系统可靠性的关键因素。因此,本文针对核电循环泵用齿轮箱行星轮系,建立了人字齿行星轮系弯扭耦合动力学模型,考虑系统多种非线性激励的耦合作用,分析了行星轮系的均载特性及其影响因素;同时将行星轮系内、外啮合副动态载荷,引入到核电齿轮箱有限元模型之中,并结合齿轮啮合的摩擦学特性和接触近表面的应力/应变分布,分析研究核电齿轮箱齿轮多轴疲劳寿命。论文的主要研究内容如下:(1)本文基于核电齿轮箱人字齿行星轮系基本传动结构,结合集中参数法,创建等效人字齿行星轮系弯扭耦合动力学模型,考虑时变啮合刚度激励、构件支承刚度激励和偏心误差激励等的影响,分析对核电齿轮箱均载特性的影响,并与文献对比验证了模型的有效性。结果表明:输入转矩越大,系统均载性能越好,输入转速越大,均载性能越差,偏心误差对均载性能也有较大影响。(2)基于多轴疲劳寿命理论,通过求解不同平面应力/应变获得疲劳损伤参量临界值,结合有限元分析模型搭建了核电齿轮箱疲劳寿命预测模型,通过试验验证了寿命预测模型,考察了有限元模型的有效性和结果精准性,并考虑了时变摩擦系数的影响。结果表明:外啮合平均摩擦系数大于内啮合,齿面粗糙度是摩擦系数影响因素之一。(3)基于动态载荷下的核电齿轮箱齿轮疲劳寿命预测模型,分析了核电齿轮箱主要齿轮构件的应力/应变历程,对不同临界平面准则下的齿轮疲劳寿命进行了探讨分析。结果表明:齿面上最大主应力在表面,最大剪应力在次表面,循环历程中齿根平均应力不为零,并进一步研究了齿廓修形和不同摩擦状态对齿轮疲劳寿命的影响,为行星轮系的可靠性设计提供了理论基础。

关键词： 轴承动力学   齿轮动力学   轴承配合   耦合动力学模型   振动分析  

摘要： 齿轮传动是机械中最常用的传动形式之一,由齿轮副、传动轴、轴承、箱体等部件组成,是一个复杂的弹性机械系统,广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车工业、船舶、风力发电等重要领域。滚动轴承作为齿轮传动系统中最为关键的零部件之一,起着支撑部件旋转、降低摩擦磨损和保证回转精度的作用,轴承运行状态是否正常往往直接影响整个传动系统的性能。而轴承配合关系又对轴承运行状态影响较大,不同的轴承配合关系会导致轴承游隙出现变化,轴承游隙的变化将显著影响轴承的接触角,从而导致轴承内部滚珠的运动状态、轴承载荷分布变化进而影响以此来影响轴承的寿命。当轴承配合关系不当时,会出现装配困难、配合表面破坏、主轴磨损、轴承松动、轴不对中等问题。因此,研究滚动轴承内外圈不同配合关系对齿轮传动系统动态特性的影响,合理选择内外圈配合关系,以确保高速运转中轴承内圈与轴、轴承外圈与轴承座之间保持适当的配合关系,对保证轴承正常运转,充分发挥轴承的承载能力,提高轴承使用寿命及齿轮传动系统工作可靠性具有重要意义。本论文从建立考虑轴承配合关系的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型入手,对轴承配合、系统输入转速、系统输出转矩及滚珠与保持架碰撞力对耦合系统动态特性的影响展开研究。论文主要研究内容包括:1)针对考虑轴承内外圈不同配合关系的轴承动力学建模问题,根据厚壁圆筒应力、应变分析和赫兹接触理论,提出了轴承内外圈过盈、间隙配合关系的位移激励表征方法,建立了考虑轴承内外圈不同配合关系的轴承动力学模型。对考虑配合关系前后的轴承动力学模型的计算结果进行了对比分析,研究了轴承外圈配合间隙、轴承内圈配合公差及轴承配合面加工粗糙度对轴承动力学模型动态特性的影响;2)针对轴承配合关系对齿轮-轴-轴承耦合系统动态响应特征变化规律不清问题,在第二章轴承过盈、间隙配合关系的位移激励表征模型基础上,考虑了齿轮时变啮合刚度、轴承保持架与滚珠周向碰撞、系统输入转速及系统输出转矩等因素的影响,建立了齿轮-轴-轴承耦合系统平移-扭转动力学模型,分析轴承配合等级、外圈间隙、输入转速及输出转矩对时变啮合力、轴承内外圈振动、保持架与滚珠周向碰撞力、滚珠公转稳定性及滚珠与滚道接触力的影响。采用ISO轴承疲劳寿命计算方法,根据仿真获得的滚珠与滚道接触力对轴承疲劳寿命进行估算,分析上述因素对轴承疲劳寿命的影响;3)针对考虑滚动轴承配合关系的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型的验证问题,设计并搭建了考虑不同轴承配合关系的齿轮传动试验台,完成了不同配合、输入转速、输出转矩工况下的振动测试,对比分析了振动测试结果及仿真结果,验证了本文所搭建的考虑滚动轴承配合关系的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型的有效性。同时,对比分析了不同振动测点、输入转速、输出转矩下系统振动响应,探明了不同输入转速、输出转矩下齿轮传动系统振动响应的变化规律。

关键词： 钛合金   动态再结晶   本构方程   锻造模拟   锥齿轮  

摘要： 钛合金因高强、轻质等特性,在航天、医疗等行业广泛应用。但钛合金冷变形能力低,高温变形,尤其是锻造成形,是生产钛合金结构件的重要手段。锻造成形不仅可以提高产品精度还可以优化钛合金材料的组织结构和机械性能,因此研究钛合金的高温变形行为和锻造成形过程具有重要的现实意义。Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金(Ti-5Al-2Cr-2Fe-2Mo,wt.%)是一种新型钛合金,具有优良的力学性能。本文通过高温力学性能实验、电子背散射衍射实验、X射线衍射实验、金相实验揭示Ti5A12Cr2Fe2Mo合金在高温压缩变形(温度800℃-1100℃,应变速率0.01s-1-10s-1)过程中的力学行为和微观结构演化规律,并结合本构方程和热加工图,运用有限元模拟技术对Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金的热墩粗和锥齿轮热模锻过程进行系统研究。本文所做的主要研究工作及得到的主要结论如下:Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金是一种应变速率敏感型材料,当变形温度升高或应变速率降低时,位错滑移更容易进行且位错不易塞积,流变应力降低。当变形温度为900℃-1100℃时,Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金由β相组成,主要织构类型为{001}和{110}织构,变形温度降低或应变速率升高可使动态再结晶变得更加困难,此时大角度晶界占比和动态再结晶晶粒体积分数逐渐减小,在高温高应变速率条件下,Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金中存在动态回复现象。当变形温度为900℃时,显微组织中同时存在α相与β相,应变速率的提高会导致动态再结晶程度降低,α相和β相的再结晶晶粒体积分数降低。基于Arrhenius模型,构建了 Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金的本构方程和考虑应变补偿的高温本构方程,计算结果表明所构建的本构方程可以准确预测合金的的流变行为,本构方程也可以作为后续有限元模拟中的材料本构模型。根据Ti5A12Cr2Fe2Mo合金在0.3、0.6、0.9应变下的真应力数据和动态材料模型建立了不同应变下的热加工图,确定出了 Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金热加工时的稳定区域和失稳区域。结果表明,Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金最佳热加工温度为850℃-950℃,应变速率为0.032s-1-0.316s-1,在失稳区域,Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金会发生流动局域化。基于建立的Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金Arrhenius本构方程和热加工图,运用刚粘塑性有限元法对Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金棒料的热墩粗过程进行模拟,研究了变形速度、变形温度和摩擦系数对工件变形过程及行程载荷曲线的影响。模拟结果表明锻件心部会出现过热的现象,减小变形速度和工件与模具之间的摩擦有利于提高锻件性能,升高锻造温度会使锻件变形更加均匀,同时变形抗力和成形所需载荷均有减小。利用DEFORM-3D软件模拟锥齿轮开式模锻过程和闭式模锻过程,根据Ti5Al2Cr2Fe2Mo合金在高温变形过程中的微观结构演化规律、热加工图和热墩粗模拟结果确定锻造工艺参数为温度930℃,锻造速度10mm/s,摩擦系数0.1;根据锥齿轮零件设计锻件毛坯和锻模结构。模拟结果显示制定的工艺参数和设计的模具合理,两种模锻方式所需载荷均约为2000KN,齿形填充效果良好,但开式模锻锻件的金属流速更加均匀,变形抗力更小,闭式模锻锻件变形更加均匀。

关键词： 圆弧齿轮泵   螺旋角   齿数   流动特性   优化设计  

摘要： 齿轮泵作为液压系统中主要的动力元件,广泛应用于工程机械、航空航天、医疗化工等领域,随着工业各领域对液压系统稳定性的要求越来越高,齿轮泵的高效率低脉动成为其发展的主要趋势。圆弧齿轮泵从齿轮端面型线入手,使其区别于普通渐开线型齿轮泵,从齿轮结构上改善困油现象,减少甚至消除容积式泵固有的流量脉动,提高了泵运行过程中的稳定性。本文以圆弧燃油齿轮泵为研究对象,该齿轮泵的齿顶与齿根采用一段光滑圆弧,中间以渐开线连接,在运行过程中,齿轮齿间没有闭死容积,传动平稳,尤其在高压高速的情况下仍能保持较为稳定的运行状态,但由于其复杂的齿轮结构,只有在特定的几何参数取值下,圆弧齿轮泵才能达到很好的运行状态,否则会呈现相反的趋势。基于此,本文基于坐标变换建立“圆弧-渐开线-圆弧”齿形的数学模型,通过对其啮合传动的可行性进行分析,建立总重合度的数学模型,接着建立圆弧齿轮泵瞬时流量及齿轮受力的数学模型,探究影响其内部流动及齿轮受力的几何因素。在此基础上,通过选定4组不同螺旋角、4组不同齿数的圆弧齿轮泵,在不同进出口压差、不同转速运行工况下探究螺旋角、齿数对其内部流动特性的影响,利用三维仿真软件Pump Linx探究圆弧齿轮泵在转动过程中内部流场的变化,期间搭建圆弧齿轮泵闭式试验台,测量不同进出口压差下样机的体积流量,验证数值模拟的准确性。基于NSGA-Ⅱ遗传算法对其进行多目标几何参数优化设计,推进圆弧齿轮泵更快地转向实际应用。通过对不同几何参数下圆弧齿轮泵内部流场的分析及其多目标优化设计,结果如下:(1)螺旋角的增大对圆弧齿轮泵出口流量特性有显著影响,当螺旋角从23.74°逐渐增至39.24°,泵出口平均流量值先增后减,在6MPa、1450rpm工况下,23.74°至39.24°泵的容积效率分别为72.64%、73.96%、74.40%、73.09%,随螺旋角增加,泵出口瞬时流量脉动系数下降,且在高压时,较大螺旋角仍能保持较低的流量脉动值;(2)随着齿数的增多,流量脉动系数并不是线性减小的。7齿齿轮泵的数值模拟平均出口流量最大;9齿齿轮泵的理论瞬时出口流量最小,在8MPa、2000rpm工况下,7-9齿齿轮泵的容积效率与6齿齿轮泵相比,依次变化:+18.34%、+7.15%、+20.70%;(3)利用NSGA-Ⅱ遗传算法对流量脉动系数、排量及体积目标函数进行多目标优化,通过CFD数值模拟对比优化前后的圆弧齿轮泵的流动性能,优化后的圆弧齿轮泵流量脉动系数较优化前降低,总体水力性能得到提升。总体来说,增大螺旋角,增多齿数对减小其流量脉动有积极作用,对运行过程中圆弧齿轮泵出口流量(或者容积效率)的提高、泵腔内压力分布趋于平稳,相邻齿间压差减小、泵腔内流动状态趋于稳定、齿轮径、轴向受力趋于均匀、齿轮受力脉动减小等有积极影响,但这种积极影响并非随某一因素的改变呈线性变化,而是受该变量及与该变量有关的因素的叠加作用,因此针对不同的运行工况或设计要求,始终存在最佳的几何参数使该泵保持稳定的运行状态。本文通过建立齿轮几何参数(螺旋角、齿轮齿数、齿宽)与圆弧齿轮泵流动性能(流量脉动系数、排量等)之间的定量关系,分析齿轮泵出口流量(压力)特性、腔内压力分布、齿轮受力的分布规律,并对几何参数进行优化设计,为今后圆弧齿轮泵的选型提供一定的理论基础。

关键词： 面齿轮   温度场   热变形   动力学   修形  

摘要： 面齿轮是一种应用于直升机主减速器的新型齿轮,其传动系统具有传动比大、运行平稳、承载能力强和重量体积小等优点。在传动过程中,摩擦生热将导致齿轮产生温升并受热膨胀,以至于会引起相关误差,进而影响传动系统的传动性能。为降低齿轮温度场带来的影响,需要对系统进行热分析和动力学分析。因此,本文以同轴面齿轮分扭传动系统为对象进行相关研究,主要内容有: (1)通过齿轮啮合原理推导面齿轮的齿面方程,并分析了齿面接触轨迹;基于应力分析、速度分析和摩擦分析等计算出齿面的摩擦热流密度;基于传热学理论计算了圆柱齿轮和面齿轮各表面的对流换热系数;建立了同轴面齿轮分扭传动系统的有限元模型,利用有限元软件进行仿真,获得了各齿轮的温度场分布。 (2)结合石川法计算了面齿轮的啮合刚度并进行了傅里叶拟合;根据机械热变形理论计算了圆柱齿轮和面齿轮的热变形,并利用ANSYS Workbench软件进行了仿真对比分析;根据弹塑性力学理论推导齿轮对的热弹耦合附加载荷计算方法,利用软件仿真得到了热修正系数;分析了齿轮温度场对齿侧间隙、啮合刚度和载荷分配系数等传动参数的影响。 (3)基于集中质量法,考虑摩擦、齿侧间隙和时变啮合刚度等参数,通过分析啮合线方向的相对位移和啮合力,建立了23个自由度的同轴面齿轮分扭传动系统动力学模型,利用MATLAB编程求解了动力学方程,得到了系统的固有频率,并分析了支撑刚度及温度场对固有频率的影响。 (4)通过龙格库塔法求解了同轴面齿轮分扭传动系统的动力学方程,得到了输入齿轮和惰轮的均载系数;利用ADAMS软件分析了系统的动力学均载系数,并与理论值进行了对比;分析了热弹耦合同轴面齿轮分扭传动系统的均载特性,考虑温度场后,系统均载特性变差,因此需根据变形分析选取合适的修形量和修形曲线对圆柱齿轮进行齿廓修形,利用软件对修形后的齿轮进行温度场仿真。

关键词： 高压内啮合齿轮泵   输出流量   远场流致噪声   齿轮副强度   可靠性  

摘要： 内啮合齿轮泵结构简单、成本低、加工方便,广泛应用于机床、船舶、飞机、汽车等机械行业,具有良好的发展前景。压力是内啮合齿轮泵最主要的性能参数,随着我国高端主机装备技术水平的进步,对内啮合齿轮泵在高压下的性能要求也不断提高。然而,工作压力的增高会导致齿轮泵质量不稳定、早期故障率高、可靠性差。目前,尽管国内企业具备了高压内啮合齿轮泵的生产能力,但国产高压内啮合齿轮泵在容积效率、噪声、可靠性等方面与国外产品仍有较大差距。本文以高压内啮合齿轮泵为研究对象,结合数值仿真、动力学分析及可靠性理论,开展了高压内啮合齿轮泵输出流量、远场流致噪声、齿轮副强度的可靠性研究。研究内容如下:(1)高压内啮合齿轮泵流场声场试验与仿真研究开展了高压内啮合齿轮泵输出流量与噪声的试验研究,建立了高压内啮合齿轮泵流体域有限元模型,制定了提高间隙处粘度来防止高压工况下齿轮泵油液倒流的仿真策略,开展了考虑轴向间隙与径向间隙泄漏下的高压内啮合齿轮泵流场仿真,揭示了压力场与流速场的分布规律,探明了高压区与低压区的压力波动特性;通过宽频噪声模型探明了内部流致噪声声源的分布规律,通过声比拟噪声模型计算了远场流致噪声。(2)高压内啮合齿轮泵输出流量与远场流致噪声可靠性评估确定了高压内啮合齿轮泵输出流量与远场流致噪声的影响因素,开展了基于拉丁超立方抽样的试验设计,联合UG三维建模软件与Workbench Fluent仿真软件进行了随机参数化仿真,采用树突网络建立了高压内啮合齿轮泵输出流量与远场流致噪声性能的随机响应模型,采用四阶矩鞍点逼近法评估了高压内啮合齿轮泵输出流量与远场流致噪声的可靠度。(3)高压内啮合齿轮泵齿轮副强度可靠性评估建立了内啮合齿轮副非线性动力学模型,揭示了外齿轮与内齿圈的位移、速度、加速度的动态响应特性;通过动力学分析获得了齿轮副的动态啮合力,进而计算了齿面动态接触应力与齿根动态弯曲应力;确定了内啮合齿轮泵齿轮副强度的影响因素,分别以最大齿面接触应力与最大齿根弯曲应力为响应,建立了高压内啮合齿轮泵齿轮副强度性能的随机响应模型,评估了高压内啮合齿轮泵齿面接触强度与齿根弯曲强度的性能可靠度。本文对高压内啮合齿轮泵的输出流量、远场流致噪声、齿轮副强度进行了性能可靠性研究,获得了高压内啮合齿轮泵在转速1500r/min、工作压力25MPa工况下的可靠度变化曲线,在此基础上可进一步开展高压内啮合齿轮泵的可靠性灵敏度研究,进而实现高压内啮合齿轮泵的结构优化设计。该论文有图60幅,表12个,参考文献94篇。