关键词： 锥齿轮   失效分析   交叉熵   Kriging模型   可靠性优化设计  

摘要： 锥齿轮具有传输稳定、低噪声和结构紧凑的优点,作为航空发动机关键传动部件,其弯曲断裂、接触磨损等失效将导致整机停转甚至灾难性事故。传统确定性优化难以应对工况波动、材料分散性等不确定性因素,因此为保障发动机锥齿轮的安全性,亟需开展锥齿轮的失效分析与可靠性优化设计(RBDO)。针对发动机锥齿轮进行了几何参数化建模,在梳理典型失效模式的基础上,分析了锥齿轮的弯曲强度、接触强度以及磨损失效。同时,考虑了锥齿轮运行过程中存在的不确定性因素,建立了以降低锥齿轮啮合损失效率为目标、3种典型失效模式为可靠性约束的可靠性优化设计模型。为了提升可靠性优化设计的计算效率,本文提出了一种融合交叉熵重要抽样(CE-IS)与自适应Kriging模型(AK)的混合可靠性优化设计方法,并将其命名为CIK-RBDO。通过数值算例验证了该方法的有效性,进而对锥齿轮开展可靠性优化设计。结果表明:该方法在保证锥齿轮99.87%的可靠性条件下,降低了8.17%的啮合损失效率,为高可靠锥齿轮传动系统的设计提供思路。

关键词： 知识图谱   GPT模型   风电机组行星齿轮箱   故障诊断   MOEA/D算法   差分进化策略   小样本学习  

摘要： 在风电机组行星齿轮箱故障诊断过程中,由于故障特征与故障状态之间的关系不唯一,直接利用行星齿轮箱输出信号进行故障诊断的效果无法保障。提出基于知识图谱和GPT模型的风电机组行星齿轮箱故障诊断研究方法,利用MOEA/D算法将故障特征选择问题分解为单目标子问题,结合差分进化策略,选定与故障关联性最大的特征;将选定的特征作为GPT模型的输入参量,在小样本学习机制下,输出风电机组行星齿轮箱故障知识图谱;根据行星齿轮箱运行数据在知识图谱中的映射结果,确定风电机组行星齿轮箱的具体故障状态。测试结果表明,该方法能够有效诊断不同故障状态,诊断精度达到0.98,诊断效果能显著提升。

关键词： 惰轮   分岔   混沌  

摘要： 以含惰轮的齿轮系统为研究对象,建立惰轮系统6自由度模型,推导了惰轮系统的无量纲动力学方程,用变步长4—5阶Runge-Kutta法,通过对惰轮系统1组系统参数的数值仿真,借助Poincaré截面图分析发现惰轮系统中存在周期运动、阵发混沌和Hopf分岔,给出发生Hopf分岔的具体系统参数。对分岔与混沌行为的研究为此类齿轮系统的优化设计提供了理论参考。

关键词： 硬化层   齿轮钢   应力-应变关系   能量密度等效   平面压入   有限元分析  

摘要： 目的实现齿轮钢表面硬化层应力-应变关系等弹塑性力学性能压入测试。方法基于能量密度等效提出描述材料Hollomon幂律(H律)参数、压头直径、压入功、位移之间关系的平面压入模型,进而提出获取材料H律参数的平面压入试验方法。通过有限元分析,对不同表面粗糙度和表面曲率的平面压入模型进行建模计算,探明2类表面形貌对压入结果的影响规律,并提出修正方法。最后,通过母材的单轴拉伸和平面压入试验对比,验证平面压入试验方法的有效性,并在硬化层材料中应用该方法。结果通过能量密度等效,提出了用于硬化层弹塑性力学性能获取的平面压入模型和试验方法,结合有限元分析方法,在初始屈服应力和应变硬化指数分别为2000 MPa和0.4范围内,对平面压入模型参数进行了确定。在被测材料表面粗糙度Ra为3.2μm以下和表面曲率半径为5 mm以上时,分别提出了修正方法,降低了对材料压入表面形貌的要求。对4种常用齿轮钢的母材进行了平面压入试验,压入试验结果与单轴拉伸结果之间吻合良好,其中,弹性模量和抗拉强度的最大误差不超过3%,屈服强度的最大误差不超过6%。通过平面压入试验方法对4种硬化层材料的应力-应变关系进行了测试,结果具有较好的重复性。结论针对齿轮钢高强度硬化层,提出了一种对被测材料具有广泛适用性且简便、精确的压入测试方法,可有效获取齿轮钢表面硬化层弹塑性力学性能。

关键词： 扭振信号   调制信号双谱   行星齿轮箱   故障诊断  

摘要： 【目的】相比直线振动信号,行星轮扭振信号不受行星轮通过效应和信号传递路径的影响,频谱结构更加简单。因此,基于扭振信号开展行星齿轮箱故障诊断有望得到更好的诊断结果。提出一种基于扭振信号调制信号双谱(Modulation Signal Bispectrum,MSB)分析的行星齿轮箱故障诊断新方法。【方法】首先,对编码器信号使用希尔伯特(Hilbert)变换方法求解瞬时转速信号;然后,对瞬时转速信号进行MSB分析,寻找最优载波频带;最后,对选取的最优载波频带构建MSB最优载波频带复合谱,并作为行星齿轮箱的故障诊断特征。【结果】试验结果表明,所提出方法可以更直观地反映行星轮的故障状态以及故障信息,验证了该方法在行星轮故障诊断方面的有效性和优越性。

关键词： 时变啮合刚度   齿轮动力学   误差激励   扭转刚度   等效比较  

摘要： 该文以渐开线直齿轮为对象,基于时变啮合刚度与误差激励等因素建立了单自由度齿轮扭转模型和考虑传动轴扭转刚度的多自由度扭转振动模型;推导了传动轴扭转刚度与齿轮啮合刚度的等效比较公式;通过软件求解两种模型的动力学微分方程,得到了两种齿轮系统模型的动态响应,即包括相对啮合位移、相对啮合速度、齿面动态法向载荷、动载系数等动态指标的变化曲线。通过对计算结果进行对比分析表明:时变啮合刚度的阶梯突变会给齿轮传动带来动态冲击;误差激励会加剧系统动态响应波动,增大系统动载系数;扭转刚度与啮合刚度串联,增加了系统的柔性,加剧了系统响应的动态波动;误差激励和传动轴扭转振动耦合使系统的振动幅值及振荡频率都相应增大,动载系数有明显增大,对系统稳定性有较大影响。研究结果对齿轮系统动力学的进一步深入研究提供基础支撑。

关键词： 超短筒柔轮   筒底变形   筒底应力   参数化柔轮有限元模型  

摘要： 为揭示超短筒谐波齿轮柔轮筒底装配应力形成机理,建立用样条函数表达筒底圆盘弯曲变形模型,提出筒底装配应力的理论计算方法。用壳体半无矩理论求解柔轮齿圈的径向、周向和轴向位移;按照中心固支圆板的对称弯曲模型,通过边界条件和柔轮筒体与筒底的位移连续条件,获得柔轮筒底弯曲变形和装配应力表达式,并建立有限元模型对理论计算方法进行数值验证。对比研究表明:柔轮筒底挠度和正应力在长、短轴最大,剪应力在45°最大;筒底挠度和剪应力随极径的增大而增大,剪应力随筒底极径的增大减小;装配状态下主要应力为径向正应力,周向正应力和剪应力最大值为径向正应力的1/3。

关键词： 磁齿轮   磁场调制   脉动热管   强制风冷   组合散热  

摘要： 【目的】磁场调制型磁齿轮以其同轴式结构大幅度提升了传动能力,使其可以与机械齿轮相媲美。但狭长气隙的同轴式结构使其面临散热难题,高温容易导致永磁体性能下降,甚至退磁,传动失效。基于此,提出了基于脉动热管相变冷却和强制风冷的组合高效热管理技术。【方法】基于流固耦合仿真,描述了脉动热管由启动至动态平衡循环的工作过程,研究了充液率等参数对等效热导率的影响规律,分析了不同散热方式时磁齿轮的温度场分布情况。【结果】有限元分析和试验结果表明,单独脉动热管和强制风冷在磁齿轮散热方面均存在一定的局限性,热管与强制风冷的组合冷却方式具有高效的散热效果,可以为高功率密度磁齿轮的实现提供技术支持。

关键词： 罗拉齿轮箱   细纱机   Matlab   数学理论模型   约束条件   目标函数   中心距  

摘要： 为了解决细纱机中罗拉齿轮箱传统设计计算繁琐、效率低、体积大等问题,简述中罗拉齿轮箱设计要求及已知条件;以中罗拉齿轮箱体积最小为目标函数,确定约束条件并建立数学理论模型;以TH698系列全电子牵伸细纱机为例,基于Matlab软件进行程序设计,对给定实际参数进行优化计算。通过优化设计方案与常规设计的参数对比,指出:在满足强度、刚度和使用寿命的条件下,优化设计后的中罗拉齿轮箱的传动齿轮中心距减小约4.97%,传动齿轮箱的总体积减小约17.04%,满足纺纱工艺对罗拉隔距即时调整的需求。

关键词： 螺旋锥齿轮   热流固耦合   硬齿面热处理   温度场  

摘要： 热处理畸变会显著影响螺旋锥齿轮的尺寸精度,而硬齿面热处理(渗碳-淬火-回火)过程中螺旋锥齿轮齿面及内部空间不均匀的温度分布,是导致热处理畸变的一个重要因素。基于热流固耦合模型对20CrMnTi钢螺旋锥齿轮硬齿面热处理过程进行数值模拟,使用预热、阶梯式升温和保温的方式研究螺旋锥齿轮硬齿面热处理过程温度场变化规律,并对螺旋锥齿轮淬火过程介质流场分布和温度场影响因素的参数进行优化设计。结果表明:通过预热、阶梯式升温和保温的方式可以显著减小螺旋锥齿轮渗碳加热时齿面各部位与心部的温差,提高齿面温度分布均匀性;通过淬火槽介质流场优化设计可以显著提高流场均匀性;采用正交试验方差分析法得到了影响因素的最优参数组合为介质温度为100℃、入口流速为2 m/s、淬火温度为850℃,通过淬火过程热流固耦合数值模拟验证,该参数组合下齿长与齿宽方向最小温度标准差分别为38.68和38.40℃,有效提高了螺旋锥齿轮淬火时齿面和内部空间温度分布均匀性,验证了该参数组合的合理性和准确性。