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脂润滑条件下塑料齿轮稳态温度场仿真与试验研究

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中国机械工程 2022年第8期33卷 890-898,907页

作者：余国达刘怀举卢泽华魏沛堂重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

为预测塑料齿轮的脂润滑条件下的稳态温度,建立了考虑温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应的塑料齿轮运行温度场有限元数值模型,研究了塑料齿轮稳态温度场的分布规律以及载荷和转速水平对稳态温度的影响。研究结果表明,稳态... 详细信息

为预测塑料齿轮的脂润滑条件下的稳态温度,建立了考虑温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应的塑料齿轮运行温度场有限元数值模型,研究了塑料齿轮稳态温度场的分布规律以及载荷和转速水平对稳态温度的影响。研究结果表明,稳态温度场的温度沿着齿廓内法线方向逐渐降低,在内法线方向0.5 mm深度处的温度约为表面温度的90%,稳态温度随着载荷或转速的增大而逐渐升高。开展了脂润滑条件下POM(聚甲醛)-POM齿轮副的运行温度试验,试验结果与仿真结果吻合良好,该研究可为高承载塑料齿轮传动设计提供支撑。

关键词：塑料齿轮脂润滑稳态温度场运行温度试验

基于摩擦热流-滞后热通量多热源的塑料齿轮啮合温度研究

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机械传动 2021年第2期45卷 6-15页

作者：余国达刘怀举朱才朝卢泽华魏沛堂重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

啮合温度影响塑料齿轮服役过程中的疲劳、磨损、噪声等服役行为,在塑料齿轮的力学响应和性能预测时不可忽略。为预测塑料齿轮的啮合温度,考虑聚甲醛(POM)材料的温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应,建立了塑料齿轮啮合温度场... 详细信息

啮合温度影响塑料齿轮服役过程中的疲劳、磨损、噪声等服役行为,在塑料齿轮的力学响应和性能预测时不可忽略。为预测塑料齿轮的啮合温度,考虑聚甲醛(POM)材料的温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应,建立了塑料齿轮啮合温度场有限元数值模型。基于POM齿轮副热黏弹接触分析,获取摩擦热流和滞后热通量作为热源;通过啮合温度与材料弹性模量耦合迭代,获取考虑温度-模量效应后的齿轮稳态啮合温度和齿面闪温。稳态啮合温度和闪温分析结果分别与试验和Blok理论结果吻合良好。研究结果表明,干运行条件下滞后生热温升对稳态啮合温度影响较小,摩擦生热温升是塑料齿轮稳态啮合温度的主要组成部分。

关键词：塑料齿轮滞后生热稳态啮合温度闪温

18CrNiMo7-6齿轮—4106航空润滑油摩擦学系统胶合试验与数据管理

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机械传动 2023年第2期47卷 149-156页

作者：张洪春朱才朝魏沛堂陈泰民刘怀举重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

针对常规浸油润滑齿轮胶合试验不能真实反映齿轮喷油润滑实际运行环境的问题,参考FZG A/8.3/90齿轮胶合承载能力试验方法,使用喷油润滑齿轮疲劳试验台,开展了4106航空润滑油喷油润滑条件下的18CrNiMo7-6渗碳钢制齿轮在磨削和喷丸工艺下... 详细信息

针对常规浸油润滑齿轮胶合试验不能真实反映齿轮喷油润滑实际运行环境的问题,参考FZG A/8.3/90齿轮胶合承载能力试验方法,使用喷油润滑齿轮疲劳试验台,开展了4106航空润滑油喷油润滑条件下的18CrNiMo7-6渗碳钢制齿轮在磨削和喷丸工艺下的胶合性能试验;并基于两参数威布尔分布理论,实现了不同可靠度下的齿轮胶合性能评价。进一步,基于Python语言和轻量化数据库SQLite开发了齿轮胶合试验数据管理系统,以实现胶合试验数据的有效管理和高效利用。研究表明,同样工况和工艺条件下,齿轮胶合失效的临界FZG载荷级存在2~3级的分散性;基于GB/Z 6413.1—2003闪温法发现,在4106航空润滑油喷油润滑条件下,对于50%、90%、99%可靠度,喷丸工艺状态的齿轮胶合温度分别为212.55℃、183.22℃、152.24℃,相比磨削工艺状态分别提升了1.51%、7.31%、14.99%;开发的数据管理系统实现了胶合试验数据流程管理,通过系统中的两参数威布尔分布拟合功能,可获取不同可靠度下齿轮胶合温度,为评估齿轮胶合承载能力提供了高效工具。

关键词：渗碳齿轮航空润滑油齿轮胶合试验威布尔分布数据管理系统

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渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算标准比较研究

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机械传动 2022年第12期46卷 86-92页

作者：贾晨帆朱才朝刘怀举魏沛堂朱加赞徐永强重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610599

以新一代航空发动机传动系统等为代表的高端传动装备面临高速、高温、重载等极端服役环境挑战,使得胶合失效成为齿轮主要失效形式之一,严重影响系统寿命和可靠性。针对国内常用的3个齿轮胶合评价标准在齿轮胶合承载能力计算结果之间差... 详细信息

以新一代航空发动机传动系统等为代表的高端传动装备面临高速、高温、重载等极端服役环境挑战,使得胶合失效成为齿轮主要失效形式之一,严重影响系统寿命和可靠性。针对国内常用的3个齿轮胶合评价标准在齿轮胶合承载能力计算结果之间差异较大,且标准公式适用范围存在差异的问题,详细研究了闪温法和积分温度法,从理论分析、公式对比和案例分析三个方面开展了渐开线圆柱齿轮胶合承载能力标准对比研究;并针对FZG A型齿轮,进行了对比计算分析。结果表明,由于HB/Z 84.4的平均摩擦因数计算结果偏高,与GB/Z 6413.2相比计算结果偏大,HB/Z 84.4结果偏保守。GB/Z 6413.1和GB/Z 6413.2在较大的转矩、油温、转速范围内,齿面温度计算结果相差不大;但是,随着模数的减小,二者的齿面温度计算结果差异变大;模数在4~7 mm内,二者齿面温度计算结果相差不大。

关键词：圆柱齿轮胶合标准闪温法积分温度法

基于Monte-Carlo模拟的小样本下齿轮疲劳极限计算方法及软件开发

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中国机械工程 2023年第2期34卷 185-192页

作者：李扬刘怀举魏沛堂毛天雨陈地发重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

齿轮疲劳极限评估Dixon-Mood(D-M)法的试验样本需求量较大,标准差估计值存在较大偏差,因此基于Monte-Carlo模拟提出小样本的齿轮疲劳极限分析方法(CQUboot),并结合大量弯曲疲劳极限试验对D-M法和CQUboot法进行了对比分析。与GB/T 14230... 详细信息

齿轮疲劳极限评估Dixon-Mood(D-M)法的试验样本需求量较大,标准差估计值存在较大偏差,因此基于Monte-Carlo模拟提出小样本的齿轮疲劳极限分析方法(CQUboot),并结合大量弯曲疲劳极限试验对D-M法和CQUboot法进行了对比分析。与GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》推荐的20~22个样本计算结果相比,样本量降至12时,D-M法的最大误差为15.76%~24.99%,CQUboot法为8.02%~12.98%;以12.66%为疲劳极限预估允许的最大误差时,D-M法至少需要10~18个样本点,CQUboot法只需8个样本点。

关键词：齿轮疲劳极限 Dixon-Mood法 Monte-Carlo模拟试验验证软件开发

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基于机器视觉的齿轮接触疲劳数值分析

中南大学学报（自然科学版） 2021年第12期52卷 4271-4282页

作者：陈玲魏沛堂余泳刘怀举朱才朝周浩重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 贵州群建精密机械有限公司贵州遵义563003

传统宏观齿轮接触疲劳寿命预测方法基于均匀连续材料假设,未考虑多晶体的微观结构,难以描述材料的真实微观结构特征对齿轮滚动接触疲劳寿命影响。为了突破传统方法的局限,提出一种基于机器视觉数字图像处理技术,考虑材料真实微观结构的... 详细信息

传统宏观齿轮接触疲劳寿命预测方法基于均匀连续材料假设,未考虑多晶体的微观结构,难以描述材料的真实微观结构特征对齿轮滚动接触疲劳寿命影响。为了突破传统方法的局限,提出一种基于机器视觉数字图像处理技术,考虑材料真实微观结构的齿轮接触疲劳数值分析方法。首先,通过表征试验获取齿轮节点处啮合区域材料的真实晶粒形貌;其次,采用MATLAB图像处理工具箱识别晶粒形貌图像,生成真实微观几何拓扑结构;第三,构建弹塑性连续损伤耦合的本构关系,建立齿轮接触疲劳分析二维有限元数值模型;最后,研究齿轮循环受载历程中最大接触压力、晶界剪应力以及晶界损伤的分布情况,分析齿轮节点啮合区域不同微观结构特征对损伤的影响。研究结果表明:基于机器视觉的图像处理技术能很好地模拟齿轮材料的真实微观结构;在齿轮接触疲劳损伤过程中,最大接触压力呈现逐渐减小趋势;随着循环加载次数增加,损伤逐渐出现局部化现象;在损伤后期,采用图像处理法进行微观结构重构时,损伤速率显著加快。

关键词：齿轮滚动接触疲劳微观结构机器视觉图像处理连续损伤

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微齿轮齿面磨损行为及仿真分析

重庆大学学报 2022年第4期45卷 22-30页

作者：魏东魏沛堂刘怀举朱才朝重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

微型齿轮作为微机电系统(MEMS)的关键零部件,齿面磨损是影响其服役性能及失效形式的主要因素之一。为了研究微齿轮齿面磨损机理,基于Archard磨损理论,利用ABAQUS二次开发UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,建立了微齿轮齿面磨损... 详细信息

微型齿轮作为微机电系统(MEMS)的关键零部件,齿面磨损是影响其服役性能及失效形式的主要因素之一。为了研究微齿轮齿面磨损机理,基于Archard磨损理论,利用ABAQUS二次开发UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,建立了微齿轮齿面磨损有限元分析模型,得到了不同啮合周期下的齿面磨损分布规律,并进行了试验验证。基于构建的有限元模型,考虑主、从齿面磨损的相互作用,分析了不同材料性能(弹性模量)及材料配对方式对齿面磨损分布及大小的影响。研究结果表明,微齿轮齿面磨损最严重的地方发生在靠近齿根的基圆附近,齿顶附近磨损较轻;与材料性能相比,不同材料配对对微齿轮磨损大小影响更显著。

关键词：微齿轮 Archard磨损理论 UMESHMOTION 磨损仿真

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油润滑下短碳纤维强化PEEK齿轮接触疲劳试验研究

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实验技术与管理 2023年第5期40卷 18-23,30页

作者：宋海蓝刁英洁郑榆槿郭晨晨刘怀举谢怀杰重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 中研高分子材料股份有限公司吉林长春130113

针对注塑成型的碳纤维强化PEEK(PEEK-CF)齿轮在接触疲劳方面所进行的研究较少、失效机理尚不清晰的问题,开展30%PEEK-CF齿轮几何精度、齿面粗糙度和注塑缺陷的表面完整性测试表征,并进行油润滑下钢-PEEK-CF齿轮副耐久试验,绘制PEEK-CF... 详细信息

针对注塑成型的碳纤维强化PEEK(PEEK-CF)齿轮在接触疲劳方面所进行的研究较少、失效机理尚不清晰的问题,开展30%PEEK-CF齿轮几何精度、齿面粗糙度和注塑缺陷的表面完整性测试表征,并进行油润滑下钢-PEEK-CF齿轮副耐久试验,绘制PEEK-CF齿轮接触疲劳S-N曲线。发现PEEK-CF齿轮能更好地适用于中低载荷工况,认为其在输出扭矩为40 N·m、接触应力为323.6 MPa的条件下有无限寿命。通过对失效试件断口SEM图进行失效分析,判断30%PEEK-CF齿轮失效机理主要为基体内碳纤维断裂。

关键词：碳纤维强化PEEK齿轮齿轮承载能力试验强度计算测试表征失效分析

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基于分层贝叶斯模型的齿轮弯曲疲劳试验分析

中国机械工程 2021年第24期32卷 3008-3015,3023页

作者：毛天雨刘怀举王宝宾侯圣文陈地发重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 陕西法士特齿轮有限责任公司西安710077

常规齿轮弯曲疲劳试验数据处理方法是基于最小二乘法(LSE)等传统频率理论的,在小样本条件下可靠度应力寿命(P-S-N)曲线易发生拟合失真。基于成组法开展了8620H钢表面渗碳齿轮的弯曲疲劳试验,将贝叶斯理论应用于小样本条件下弯曲疲劳试... 详细信息

常规齿轮弯曲疲劳试验数据处理方法是基于最小二乘法(LSE)等传统频率理论的,在小样本条件下可靠度应力寿命(P-S-N)曲线易发生拟合失真。基于成组法开展了8620H钢表面渗碳齿轮的弯曲疲劳试验,将贝叶斯理论应用于小样本条件下弯曲疲劳试验数据分析,建立了齿轮弯曲疲劳试验数据的分层贝叶斯(HBM)模型,并通过Gibbs采样获得了参数的后验分布,得到齿轮弯曲疲劳P-S-N曲线。同时以50%和99%可靠度下S-N曲线相对斜率比为评价指标,对比了LSE模型与HBM模型拟合效果,结果表明:随着试验样本数据量的变化,HBM模型的相对斜率比α波动变化率为传统LSE模型的1/40,小样本条件下HBM模型结果优于传统的LSE模型结果。HBM模型可推广应用至齿轮接触疲劳试验等数据分析中。

关键词：小样本数据齿轮弯曲疲劳试验分层贝叶斯模型最小二乘法