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变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面磨损规律及敏感性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 81-94页

作者：魏永峭张晋王少江漆小虎郭瑞杨海江兰州理工大学机电工程学院兰州730050 兰州理工大学温州泵阀工程研究院温州325105 国机重型装备集团股份有限公司德阳618099

为揭示变双曲圆弧齿线圆柱齿轮(VH-CATT圆柱齿轮)齿面磨损特性,结合Archard磨损理论与主平面重合的椭圆等效接触模型,建立了VH-CATT圆柱齿轮传动界面磨损模型,利用有限元方法获取了齿面法向载荷与接触压力,通过数值计算验证了所建立模... 详细信息

为揭示变双曲圆弧齿线圆柱齿轮(VH-CATT圆柱齿轮)齿面磨损特性,结合Archard磨损理论与主平面重合的椭圆等效接触模型,建立了VH-CATT圆柱齿轮传动界面磨损模型,利用有限元方法获取了齿面法向载荷与接触压力,通过数值计算验证了所建立模型的正确性,并探究了准静态工况下VH-CATT圆柱齿轮传动的齿面磨损规律。研究结果表明,VH-CATT圆柱齿轮沿齿线方向的磨损深度呈半椭圆形分布,在齿根附近磨损深度最大,在节圆附近磨损深度最小,啮合频次的增加对齿面磨损深度的影响逐渐趋于平缓;通过设计参数的敏感性分析可知,增大传动比、模数、齿线半径、压力角可以有效地改善齿面磨损。研究可为提高VH-CATT圆柱齿轮传动精度与效率、减磨延寿提供理论基础。

关键词：变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面 Archard磨损理论齿面磨损敏感性分析

混合润滑下变双曲圆弧齿线圆柱齿轮摩擦特性及传动效率分析

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摩擦学学报 2024年

作者：魏永峭杨海江郭瑞刘永平董长斌兰州理工大学机电工程学院兰州理工大学温州泵阀工程研究院

齿轮在实际运行中由于润滑状态的不同，齿面摩擦系数存在显著差异，从而对齿轮的传动效率产生影响。变双曲圆弧齿线(VH-CATT)圆柱齿轮通常工作在混合润滑状态下，采用载荷分担理论推导了混合润滑下VH-CATT圆柱齿轮摩擦系数计算公式，建... 详细信息

齿轮在实际运行中由于润滑状态的不同，齿面摩擦系数存在显著差异，从而对齿轮的传动效率产生影响。变双曲圆弧齿线(VH-CATT)圆柱齿轮通常工作在混合润滑状态下，采用载荷分担理论推导了混合润滑下VH-CATT圆柱齿轮摩擦系数计算公式，建立了混合润滑下VH-CATT圆柱齿轮传动效率计算模型，并通过绘制Stribeck曲线，研究了表面形貌参数、润滑油参数和法向载荷等对混合润滑状态下VH-CATT圆柱齿轮摩擦性能和传动效率的影响规律。研究结果表明：表面形貌参数的变化会导致混合润滑区扩大，从而使相同速度下的摩擦系数增大；润滑油黏度的增加会导致摩擦系数增大，同时Stribeck曲线向左移动，混合润滑区向边界润滑区扩展；载荷对Stribeck曲线的影响集中体现在混合润滑区与边界润滑区的过渡阶段；随着转速的增加，传动效率逐渐升高并趋于稳定，而在齿轮转速较低时，润滑油黏度和粗糙度对齿轮传动效率有显著影响。

关键词：变双曲圆弧齿线圆柱齿轮混合润滑摩擦系数 Stribeck曲线传动效率

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基于分形理论的变齿厚齿轮接触应力分析

机械强度 2024年第1期46卷 169-175页

作者：刘永平魏帅董长斌魏永峭任忠涛李泽宇兰州理工大学机电工程学院兰州730050

为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力,构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数,并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型,计算... 详细信息

为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力,构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数,并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型,计算变齿厚齿轮的接触强度,并与有限元计算结果进行比较,验证了方法的有效性。通过分形理论得出齿轮啮合时载荷与面积的关系,并对4个基本参数进行仿真,分析分形接触模型的效果。结果表明,通过数值模拟和分析实际接触面积与载荷的关系图,验证了分形接触模型的准确性。基于有限元理论、Hertz接触理论和分形理论,对变齿厚齿轮的齿面接触强度进行了比较和分析,验证了分形接触模型计算变齿厚齿轮接触应力的正确性,该模型的建立为变齿厚齿轮的设计与强度校核提供了一定的理论依据。

关键词：变齿厚齿轮分形理论接触应力 Hertz 接触理论

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平行轴变齿厚齿轮接触应力解析计算

机械设计 2024年第2期41卷 102-110页

作者：刘永平魏帅董长斌魏永峭任忠涛李泽宇兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

变齿厚齿轮作为一种新型齿轮,目前尚无成熟的接触应力理论和计算方法。为了从理论上计算变齿厚齿轮齿面上的最大接触应力,了解变齿厚齿轮在不同参数下接触应力的变化情况。文中在赫兹公式的基础上,考虑变齿厚齿轮的几何结构,确定了变齿... 详细信息

变齿厚齿轮作为一种新型齿轮,目前尚无成熟的接触应力理论和计算方法。为了从理论上计算变齿厚齿轮齿面上的最大接触应力,了解变齿厚齿轮在不同参数下接触应力的变化情况。文中在赫兹公式的基础上,考虑变齿厚齿轮的几何结构,确定了变齿厚齿轮重合度、曲率半径、法向载荷、接触线长、重合度系数和齿形角系数的计算方法。研究了不同节锥角、齿数、模数和压力角对变齿厚齿轮接触应力的影响,通过有限元分析验证了变齿厚齿轮接触应力理论计算公式的正确性。研究结果表明:推导出的变齿厚齿轮接触应力计算公式具有较高的精度,能够准确地反映齿面的真实接触应力值,为变齿厚齿轮的结构设计、强度校核等提供了一定的依据。

关键词：变齿厚齿轮接触应力节锥角赫兹接触

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮时变啮合刚度和传动误差分析

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华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第12期51卷 73-82页

作者：魏永峭郭瑞刘永平杨栋兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学温州泵阀工程研究院浙江温州325105 中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室湖南长沙410083

针对变双曲圆弧齿线(VH-CATT)圆柱齿轮时变啮合刚度计算困难的问题,提出了受载变双曲圆弧齿线圆柱齿轮时变啮合刚度计算方法,通过引入齿面网格节点啮合刚度来计算单齿啮合刚度.分析了啮合过程中接触印痕、法向接触力、综合弹性变形量、... 详细信息

针对变双曲圆弧齿线(VH-CATT)圆柱齿轮时变啮合刚度计算困难的问题,提出了受载变双曲圆弧齿线圆柱齿轮时变啮合刚度计算方法,通过引入齿面网格节点啮合刚度来计算单齿啮合刚度.分析了啮合过程中接触印痕、法向接触力、综合弹性变形量、节点啮合刚度的变化规律,得到了综合考虑齿间载荷分配和实际重合度影响的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮时变啮合刚度,分析了载荷和齿线半径对时变啮合刚度和传动误差的影响规律.结果表明:变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的时变啮合刚度和传动误差均呈周期性变化,载荷与齿线半径对时变啮合刚度和传动误差均有较大影响;随着载荷增大,时变啮合刚度和传动误差均呈增大趋势;随着齿线半径增大,时变啮合刚度呈增大趋势,传动误差呈减小趋势.

关键词：变双曲圆弧齿线圆柱齿轮节点啮合刚度时变啮合刚度传动误差接触印痕

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变双曲圆弧齿线圆柱齿轮温度预测模型构建

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 50-55页

作者：魏永峭员贝贝刘永平郭瑞兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

基于摩擦学原理,给出了变双曲圆弧齿线圆柱(VH-CATT)齿轮在混合弹流润滑下齿面摩擦因数沿啮合线的变化规律;首先,通过建立VH-CATT齿轮的热网络模型,得到了齿轮副在啮合过程中齿轮本体的热对流矩阵和热阻矩阵;然后,基于Blok闪温理论和赫... 详细信息

基于摩擦学原理,给出了变双曲圆弧齿线圆柱(VH-CATT)齿轮在混合弹流润滑下齿面摩擦因数沿啮合线的变化规律;首先,通过建立VH-CATT齿轮的热网络模型,得到了齿轮副在啮合过程中齿轮本体的热对流矩阵和热阻矩阵;然后,基于Blok闪温理论和赫兹接触理论,建立了混合润滑状态下VH-CATT齿轮齿面闪温计算模型,得到了齿面瞬时接触温度沿啮合线的分布情况,并通过模拟仿真实验和相关参考文献对比,验证了所建立的VH-CATT齿轮齿面温度预测模型的正确性;最后,分析了传动过程中齿面接触温度对相关设计参数及工况参数的敏感性.结果表明:随着齿面粗糙度、转速和转矩的不断增大,齿轮副的齿面接触瞬时温度也随之增大,随着模数和齿宽的增大,齿轮副的齿面瞬时接触温度逐渐降低,且齿面瞬时接触温度曲线趋于平缓.

关键词： VH-CATT齿轮热网络模型本体温度闪温模拟仿真

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形设计及承载接触分析

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振动与冲击 2023年第14期42卷 170-179页

作者：马登秋刘永平叶振环李大伟魏永峭兰州理工大学机电工程学院兰州730050 遵义师范学院工学院贵州遵义563006

为提高变双曲圆弧齿线(variable hyperbolic circular arc toothtrace,VHCATT)圆柱齿轮承载能力和改善其动态特性,提出齿面修形设计方法,即齿线方向的刀盘倾斜法和齿廓方向的抛物线修形刀刃法。首先,根据齿轮啮合原理和变双曲圆弧齿线... 详细信息

为提高变双曲圆弧齿线(variable hyperbolic circular arc toothtrace,VHCATT)圆柱齿轮承载能力和改善其动态特性,提出齿面修形设计方法,即齿线方向的刀盘倾斜法和齿廓方向的抛物线修形刀刃法。首先,根据齿轮啮合原理和变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形齿面成形原理,推导修形齿面方程,利用软件MATLAB和UG实现齿面重构;其次,通过齿轮几何接触分析,计算齿面间隙,同时利用有限元法计算接触点柔度矩阵,进而建立承载接触非线性数学规划模型,获取轮齿承载啮合特性;最后,分析刀盘倾角、抛物线系数与抛物线顶点位置对修形齿面载荷分布与承载传动误差的影响。研究结果表明:取值合理的刀盘倾角和抛物线顶点位置可有效降低齿面载荷与改善系统承载传动误差特性;取值合理的抛物线系数可改善单齿和双齿啮合交替时的载荷突变情况。研究结果为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的动态设计和工业应用提供了理论基础。

关键词：变双曲圆弧齿线(VHCATT)圆柱齿轮齿面修形设计承载接触分析齿面载荷分布承载传动误差

基于改进综合因子分配法的行星减速器可靠性分配

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机械强度 2023年第5期45卷 1141-1151页

作者：贾硕国剡昌锋张珂魏永峭安宗文兰州理工大学机电工程学院兰州730050 徐州徐工矿业机械有限公司徐州221000

系统可靠性设计在很大程度上决定了某轮毂驱动系统中行星减速器的使用寿命,针对研发阶段可靠性分配结果确信度不高和分配深度不够的问题,基于改进失效模式影响与危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,FMECA)和次... 详细信息

系统可靠性设计在很大程度上决定了某轮毂驱动系统中行星减速器的使用寿命,针对研发阶段可靠性分配结果确信度不高和分配深度不够的问题,基于改进失效模式影响与危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,FMECA)和次序统计量理论,提出了一种行星减速器的可靠性分配方法。分析了行星减速器的基本特征,提出了带有失效正相关修正算子的FMECA公式,表征了子系统复杂度和失效发生度随失效相关程度同向变化的特征。基于Gumbel Copula函数和次序统计量理论建立了可靠性分配模型,为行星减速器的零部件分配了可靠性设计指标。对比不同方法得出的子系统可靠性分配权重,结果显示,由于采用了失效正相关修正算子而且从失效敏感环节角度评估了子系统复杂度,提出的方法得到的分配结果确信度更高,并且该方法实现了更深层次的可靠性分配,对提升行星减速器的使用寿命有一定的帮助。

关键词：综合因子分配法行星减速器可靠性分配失效正相关修正算子次序统计量

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一种新型滚筒式抽油机试验特性研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2022年第1期44卷 174-180页

作者：刘永平伍龙魏永峭董长斌兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

为了保证抽油机的长冲程、低冲次的运动特性,提高换向系统寿命和可靠性,降低运转噪音,研制了一种新型滚筒式抽油机。针对该抽油机进行模拟加载试验,试验在理想化有杆泵采油的条件下实时采集悬点载荷与位移信号,并将采集的试验数据进行... 详细信息

为了保证抽油机的长冲程、低冲次的运动特性,提高换向系统寿命和可靠性,降低运转噪音,研制了一种新型滚筒式抽油机。针对该抽油机进行模拟加载试验,试验在理想化有杆泵采油的条件下实时采集悬点载荷与位移信号,并将采集的试验数据进行曲线拟合处理得到泵示功图,通过分析抽油机泵示功图,分别给定抽油杆配重负载和电机频率,研究了不同条件下抽油机运动规律的光滑性和无冲击性,使得抽油机泵示功图曲线趋于平缓,以此来获取抽油机最佳匹配的平衡配重和冲次,达到抽油运转稳定和节约能耗的目的。通过试验验证了该方法的准确性以及抽油机传动换向系统和平衡系统的可靠性,为抽油机模拟加载特性研究的型式试验提供了新思路,具有一定的参考价值。

关键词：滚筒式抽油机泵示功图模拟加载频率平衡配重