关键词： 大模数螺旋伞齿轮   热锻成形   数值模拟   工艺优化   模具失效  

摘要： 大模数螺旋伞齿轮(模数在4-8mm,齿廓外径在150-350mm)因其高承载能力、平稳传动性能、抗冲击性强,被广泛应用于重载、低速、大扭矩的机械装备中。此类大模数齿轮常采用切削加工,但这会导致较高的材料和能源消耗,生产效率低且易造成环境污染,同时会降低齿轮的疲劳强度。 目前,大模数螺旋伞齿轮通常还会采用精密热锻成形的工艺方法,但此类齿轮模数过大、外形特征复杂,在预锻成型过程中容易出现锻件齿形充填不足与模具寿命低等问题。预锻成形过程在大螺旋伞齿轮整个精密热成形过程中起到成形齿轮主要特征的作用,会直接影响齿轮锻件最终的成形效果。为提升齿轮预锻成形效果与模具寿命,本文开展了大模数螺旋伞齿轮预锻成形工艺优化与模具应力和磨损预测研究,主要研究工作如下: (1)为了准确计算大模数螺旋伞齿轮锻件应力场,首先分析了不同的刚塑性材料应力场计算方法,其次通过等温热压缩试验分析了20Cr Mn Ti的高温变形行为,研究了变形温度、应变速率对其热压缩过程中的流变应力,得到了不同温度与应变速率下材料的应力-应变数据。然后采用差式扫描量热仪对材料的物性参数进行测量,得到材料的导热系数与比热容随温度变化的数据。最后将材料数据导入Deform-3D软件中,为后续齿轮成形的数值模拟提供了数据基础。 (2)对大模数螺旋伞齿轮进行特征分析,首先提出了一种“镦粗-预锻-终锻”的大模数螺旋伞齿轮多步成形工艺方法,设计了模具结构方案,其次借助Deform-3D建立了齿轮成形过程有限元模型,结合热锻试验验证了工艺方法的合理性。最后基于已建立的有限元模型设计了9组单因素试验方案研究了毛坯加热温度、模具运动速度与模具过渡圆角半径等成形参数对齿轮预锻成形时的齿面填充率、齿面应力值与应变值的影响规律。 (3)根据以上已取得的研究结果,确定了影响齿轮预锻成形的关键因素。然后基于响应面优化方法,以大模数螺旋伞齿轮预锻工艺过程齿形区域理想充填面积与实际充填面积的差值与齿面平均应力为评价指标,设计三因素三水平的响应面优化试验,建立设计变量(毛坯加热温度、模具运动速度、模具过渡圆角)与目标函数之间的响应面预测模型,以齿面平均应力最小和锻件的理想充填面积与实际充填面积的差值最小为优化目标,得到最优成形参数组合,即工件加热温度1200℃、模具运动速度196.102mm/s,模具过渡圆角半径2.2mm,并通过有限元分析与齿轮热锻试验验证了优化参数的有效性。 (4)在优化后的成形参数基础之上,针对预锻模具发生的失效形式,对预锻模具进行了应力分析与磨损预测研究。基于Lame公式,研究了预紧环内径与预紧环过盈量对模具最大应力的影响规律,为螺旋伞齿轮预锻模具结构优化提供理论参考。同时引入Archard回火软化磨损模型,并借助三维扫描设备对模具进行扫描,得到实际磨损轮廓,将预测磨损轮廓线与实测轮廓线进行对化,求出了磨损系数K和调整系数a,建立了预锻模具磨损量预测模型,为模具磨损失效预测提供理论参考。

关键词： 齿轮箱跑合试验台   温度采集   震动采集   组态软件  

摘要： 随着城市轨道交通的发展，地铁齿轮箱的需求量越来越大。为此，设计了一种地铁齿轮箱跑合检测平台。系统采用PLC对一拖二齿轮箱驱动电机进行调速控制，同时，采用研华亚当采集模块实时采集环境温度、油温、轴承温度、轴承垂直和水平方向的震动、运行噪声，然后通过该检测平台系统对其进行实时监控，并以报表的形式打印检测结果。此外，该检测平台系统可根据采集的实时数据对因轴承生产及组装质量问题而引发的轮对运行过热、振幅过大等故障进行分析，找出缺陷的原因，从而进行进一步的改良。

关键词： 磨齿技术   齿轮加工   工艺优化  

摘要： 磨齿技术是一种通过磨削工艺提高齿轮精度和表面质量的关键加工方法，主要包括环面蜗杆砂轮磨齿、碟形砂轮磨齿和锥形砂轮磨齿等多种工艺，每种工艺具有不同的应用特点和技术优势。本文系统地分析了磨齿技术的基本原理，明确了齿轮加工工艺优化的具体目标，通过对环面蜗杆砂轮磨齿、碟形砂轮磨齿和锥形砂轮磨齿三种工艺进行详细研究，探讨了各工艺的优化方法和应用场景，结合齿形误差、齿距误差、表面粗糙度、加工时间和成本等关键指标，设计实验验证了各工艺的有效性。通过对比实验结果，本文总结了三种磨齿工艺在加工精度、效率和成本控制方面的优缺点，并提出了基于实际生产需求的优化策略。本文研究以期通过精细化的工艺参数调整和智能化的控制技术，进一步提升齿轮加工的整体性能和生产效率，为高精度、高效率齿轮制造提供理论依据和实践指导。

关键词： 主轴齿轮箱   结构设计   回差模型与仿真   疲劳寿命   振动和噪声  

摘要： 机床主轴系统作为数控机床及相关制造业国产化关键环节之一,其传统驱动系统存在功率密度与调速范围的技术矛盾,不仅会显著增加设备成本,还会因无效功率损耗导致能源效率降低。本文以优化传动系统结构和扩展机床主轴的恒功率调速范围为目标,提出了一种机床主轴用双速齿轮箱,所完成的设计成果和研究内容如下: (1)提出齿轮箱设计的传动比、回差、疲劳寿命、噪声及相关设计目标和要求。完成了机床主轴齿轮箱的行星轮系和相关零部件结构设计,完成了齿轮啮合强度计算和校核,对轴承,花键等零部件进行选配和校核,完成了机床主轴齿轮箱的三维建模和装配工作。 (2)在传动比4的工况基础上,分析齿轮箱部件不同误差对齿轮箱总体回差的影响,基于误差项分析建立回差计算模型,明确了误差项的取值范围和分布规律。运用蒙特卡洛法对回差进行模拟,分析其回差分布水平,在此基础上分析六大类误差项对回差的贡献占比,得到误差变化对齿轮箱总体回差的影响规律。以零部件公差为设计变量,降低零部件公差加工成本为目标,采用哈里斯鹰优化算法完成公差加工成本优化设计。 (3)基于仿真软件建立虚拟样机,按照拟定的运行工况,完成对齿轮箱传动部分两个传动比的回差仿真,验证了齿轮箱回差设计的正确性。对齿轮箱的速度特性,零件受力和整体传动效率进行了仿真和分析,验证齿轮箱整体结构和运动原理正确。 (4)对模型进行简化,拟定柔性体仿真运行工况表,得出额定工况下的齿轮应力数据。基于拟定载荷谱下仿真得出的应力数据,采用雨流计数法和修正SN曲线,得出了太阳轮,行星轮和内齿圈的啮合面的疲劳寿命数据,验证疲劳寿命的设计要求。 (5)基于模态分析理论,完成箱体的模态分析。定义箱体振动信号输出点和声功率级计算面,提取并分析振动加速度数据。基于齿轮箱样机不同功率的箱体振动试验结果,分析仿真振动数据与试验结果进行对比。完成了箱体表面的声功率级和等效辐射声功率性能仿真,验证了齿轮箱结构在噪声性能上的合理性。基于齿轮修形理论和正交试验设计,分析组合修形对齿轮箱降噪的影响规律。

关键词： 摆线型内啮合齿轮泵   参数设计   流场仿真   容积效率   试验验证  

摘要： 摆线型内啮合齿轮泵由于其具有结构紧凑、泄漏量小、流量脉动小、噪声低等优点，成为了为新能源汽车传动系统提供冷却和润滑的关键零部件。为了设计一款适用于某车辆传动液压系统的高性能油泵，根据该系统的流量和压力需求，采用遍历方式优化齿形参数，同时利用等距修形方法对内转子齿廓进行修形。修形后产生的齿侧间隙会影响泵体的性能，因此把容积效率和流量脉动率作为齿轮泵的性能指标，考虑空化对泵体寿命的影响，基于Pumplinx仿真软件对泵体流体域进行数值模拟。通过建立不同的齿侧间隙和轴向间隙模型，分析不同工况下间隙对油泵容积效率、流量脉动率和空化现象的影响，结果表明：在低转速下，随着齿侧间隙和轴向间隙的增加，容积效率急剧减小，流量脉动率急剧增加，但间隙变小，空化现象也会加剧，轴向间隙对空化影响较小，齿侧间隙是造成空化的主要原因。综合考虑仿真结果和加工成本，优选齿侧间隙修形尺寸为0.02 mm,轴向间隙范围在0.01～0.03 mm之间。最后根据齿形参数和间隙优选结果试制样机，搭建油泵液压实验台，验证了仿真结果的准确性和摆线泵设计优化的合理性。