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薄辐板齿轮柔性化动力学模型与行波共振表征

机械工程学报 2024年第11期60卷 296-308页

作者：徐子扬魏静魏海波戚勍信琦刘指柔张玉杰重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 重庆大学航空航天学院重庆400044 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

薄辐板齿轮是广泛应用于航空齿轮传动系统的轻量化高功率密度构型,但行波共振问题突出,而动力学理论模型对前、后行波及其响应特性表征仍需进一步明晰。为此,提出一种啮合激励下薄辐板齿轮动力学模型,用以表征行波共振特性,并称之为移... 详细信息

薄辐板齿轮是广泛应用于航空齿轮传动系统的轻量化高功率密度构型,但行波共振问题突出,而动力学理论模型对前、后行波及其响应特性表征仍需进一步明晰。为此,提出一种啮合激励下薄辐板齿轮动力学模型,用以表征行波共振特性,并称之为移动载荷下柔性齿轮(Elastic gear with moving loads,EGML)模型:采用虚拟轴段法退化轮齿复杂特征,进而构建等效规则结构,并分别采用混合壳单元、Timoshenko梁单元网格化轮缘、辐板以及齿轮轴;解耦齿轮副以暴露出啮合力,其为相对齿轮转动的时变激励,故建立移动载荷数学表征以反映其时空变化特征;将啮合激励作用于全柔性化齿轮模型,并构建系统运动控制方程。设计高速齿轮传动试验以验证模型。结果表明,EGML模型能准确有效表征前、后行波共振激发工况。激励源与齿轮相对转动以及计入辐板柔性是动力学模型具有行波共振表征能力必要条件。行波共振发生时位移场呈与节径振型契合的瓣式分布,并沿周向快速迁移。研究成果能高效准确地获取薄辐板齿轮受迫响应,为评估行波共振影响提供理论依据,可用于指导薄辐板齿轮设计以规避安全运行所受共振威胁。

关键词：薄辐板齿轮行波共振柔性化建模移动载荷响应特性

高速薄辐板齿轮传动节径型振动位移与动应变时空变换方法

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机械工程学报 2024年第5期60卷 70-80页

作者：魏静刘指柔魏海波徐子扬重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆大学航空航天学院重庆400044

高速薄辐板齿轮传动功率密度高,在航空动力传动系统中应用广泛,但节径型共振模态密集、振动能量高,是高速薄辐板齿轮传动疲劳损坏的主要形式之一。节径型振动位移与试验动应变呈非正相关关系,振动响应与动应力之间缺少直接量化的纽带,为... 详细信息

高速薄辐板齿轮传动功率密度高,在航空动力传动系统中应用广泛,但节径型共振模态密集、振动能量高,是高速薄辐板齿轮传动疲劳损坏的主要形式之一。节径型振动位移与试验动应变呈非正相关关系,振动响应与动应力之间缺少直接量化的纽带,为此,提出一种高速薄辐板齿轮节径型振动位移与动应变时空变换方法。综合考虑节径型振动下试验动应变与振动位移行波之间的空间向量关系,建立试验动应变与振动位移变换函数,并给出偏微分方程的时空离散解与动应变-振动位移变换方法;根据试验动应变时/频信号以及不同节径数下齿轮行波模态特性,获取振动位移时空离散解。理论与试验结果表明,某试验齿轮在3节径下出现明显行波共振,理论仿真的振动频率、转速与试验结果基本一致,验证了所提理论和方法的正确性与可行性。

关键词：薄辐板齿轮节径振动振动位移动应变时空变换方法

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基于微观尺度的石墨环密封性能提升研究

安徽科技 2024年第2期 51-55页

作者：韩石祝绪东陈文振吕成旭秦俊生刘峰 93145部队国营芜湖机械厂

石墨密封环广泛应用于高速转动副的端面密封。石墨环在力学性能方面,具有能够承受一定弯矩以及在压缩应力下抗变形和破坏的能力。柱塞泵轴尾处利用石墨材料的润滑性和耐磨性,采用石墨环密封组件形式,具有支撑传动轴并防止传动轴渗漏的... 详细信息

石墨密封环广泛应用于高速转动副的端面密封。石墨环在力学性能方面,具有能够承受一定弯矩以及在压缩应力下抗变形和破坏的能力。柱塞泵轴尾处利用石墨材料的润滑性和耐磨性,采用石墨环密封组件形式,具有支撑传动轴并防止传动轴渗漏的作用。某型柱塞泵使用过程中,经常发现石墨环密封面有凹坑、磨损等问题,造成轴尾渗漏故障影响泵的使用性能。因此,需要对影响石墨环使用性能的因素进行分析与研究,通过对其密封原理和不同石墨材质密封带表面微观形貌的分析来找出一种新的密封材料,以达到提高密封环密封性能的目的。

关键词：密封性能石墨密封环压缩应力石墨环密封材料端面密封柱塞泵微观尺度

四轮独立转向车辆转向模式切换轨迹多目标优化方法研究

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机械工程学报 2024年第6期60卷 306-320页

作者：周晨徐飞翔中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221100 福建省移动机械绿色智能驱动与传动重点实验室厦门361021

为了提高四轮独立转向车辆多种转向模式切换过程中的舒适性、安全性和切换效率,提出一种车辆转向模式切换轨迹多目标优化方法。首先,构建四轮独立转向车辆动力学和运动学模型,并建立基于B样条曲线的车辆瞬时转向中心切换轨迹;其次,选取... 详细信息

为了提高四轮独立转向车辆多种转向模式切换过程中的舒适性、安全性和切换效率,提出一种车辆转向模式切换轨迹多目标优化方法。首先,构建四轮独立转向车辆动力学和运动学模型,并建立基于B样条曲线的车辆瞬时转向中心切换轨迹;其次,选取车辆转向模式切换过程中安全性、舒适性、切换效率等性能评价指标,构建多性能目标协同优化目标函数和约束条件,运用粒子群算法对转向模式切换轨迹进行优化,实现多性能目标协同的四轮独立转向车辆转向模式切换轨迹最优规划;最后,基于仿真和自主研制的整车试验测试平台,对所提出的四轮独立转向车辆转向模式切换轨迹优化方法进行验证。在前轮转向模式切换到后轮转向模式的仿真工况下,相比于切换目标已知的多目标和双目标优化方法,所提出的优化方法使得切换效率分别提升了20.73%、27.78%,安全性分别提升了6.67%、15.15%。仿真和试验结果表明所提出的转向模式切换轨迹优化方法能够有效提高四轮独立转向车辆在转向模式切换过程中的切换效率、舒适性和安全性。

关键词：四轮独立转向车辆转向模式切换轨迹规划多目标优化实车试验测试

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航空弧齿锥齿轮接触印痕主动设计与试验验证

机械传动 2024年第5期48卷 122-130页

作者：钱露露刘海鸥高鉴娄鹏中国航发商用航空发动机有限责任公司机械系统部上海201108

以某航空发动机弧齿锥齿轮箱为研究对象,提出了一套锥齿轮接触印痕主动设计的方法。首先,基于弧齿锥齿轮宏观参数和GEMS软件,进行齿面设计,得到齿轮副精确齿面;其次,考虑传动系统受载变形、轴承游隙和加工误差等因素的影响,建立弧齿锥... 详细信息

以某航空发动机弧齿锥齿轮箱为研究对象,提出了一套锥齿轮接触印痕主动设计的方法。首先,基于弧齿锥齿轮宏观参数和GEMS软件,进行齿面设计,得到齿轮副精确齿面;其次,考虑传动系统受载变形、轴承游隙和加工误差等因素的影响,建立弧齿锥齿轮系统级接触印痕仿真分析模型,得到锥齿轮在工作状态下的接触印痕和振动响应;然后,将上述设计齿面应用于加工,设计试验,将试验得到的接触印痕和振动响应分析结果与理论分析进行对比,验证了仿真分析模型的可靠性;最后,基于该仿真分析模型对上述齿面进行接触印痕优化设计,得到了满足强度和动态性能要求的齿面,形成了弧齿锥齿轮接触印痕主动设计方法。

关键词：弧齿锥齿轮接触印痕试验验证主动设计

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电动装载机电液复合制动协同控制策略研究

农业机械学报 2024年第6期55卷 442-450页

作者：叶月影吴瑕林添良集美大学诚毅学院厦门361021 福建省移动机械绿色智能驱动与传动重点实验室厦门361021 华侨大学机电及自动化学院厦门361021

针对电动装载机的电液复合制动系统,为满足多工况制动需求以及保障制动安全性,本文提出了一种基于再生制动自由行程液压制动阀的电动装载机液压制动系统。结合电动装载机的理想前后轮制动力分配曲线以及制动意图识别得到的制动强度,制... 详细信息

针对电动装载机的电液复合制动系统,为满足多工况制动需求以及保障制动安全性,本文提出了一种基于再生制动自由行程液压制动阀的电动装载机液压制动系统。结合电动装载机的理想前后轮制动力分配曲线以及制动意图识别得到的制动强度,制定了制动强度与整车制动力矩需求的分配曲线;为进一步提高再生制动力与液压制动力分配的协调性,同时兼顾制动能量回收效率,提出了一种基于行走再生制动和液压制动的电液复合制动协同控制策略,降低了整车总制动力矩波动,保证了制动模式切换的平顺性。最后,搭建了基于AMESim-Matlab/Simulink联合仿真模型,并搭建试验样机,验证了电动装载机复合制动协同控制策略的可行性,结果表明,该系统能量回收效率可达71.6%,制动回收率可达44.5%,一个工作循环实现节能7.6%,说明本文提出的控制策略具有良好的制动性能和能量回收效率。

关键词：电动装载机复合制动液压制动能量回收协同控制

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航空齿轮钢滚动接触疲劳性能预测与表面完整性优化

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机械工程学报 2024年第8期60卷 81-93页

作者：吴吉展魏沛堂吴少杰刘怀举朱才朝重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

齿轮滚动接触疲劳是限制航空、航天、新能源汽车、舰艇等高端装备的重要瓶颈。高表面完整性是决定齿轮服役性能的重要保障,表面完整性与齿轮接触疲劳性能的定量关联规律成为工程及学术界的研究重点。该系列研究讨论了常规喷丸、二次喷... 详细信息

齿轮滚动接触疲劳是限制航空、航天、新能源汽车、舰艇等高端装备的重要瓶颈。高表面完整性是决定齿轮服役性能的重要保障,表面完整性与齿轮接触疲劳性能的定量关联规律成为工程及学术界的研究重点。该系列研究讨论了常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等加工工艺对AISI 9310渗碳淬火航空齿轮钢表面完整性参数及服役性能的影响,并给出齿轮抗疲劳设计方法。针对获得的表面完整性与疲劳性能数据,开展疲劳性能预测与表面完整性设计研究。采用随机森林算法确定了表面完整性参数对滚动接触疲劳寿命的重要度;以接触应力、表面粗糙度、表面残余应力、表面硬度、有效残余应力深度、疲劳寿命可靠度为输入,滚动接触疲劳寿命为输出,采用GA-BP神经网络和SVM机器学习方法建立了滚动接触疲劳寿命预测模型,探究了表面完整性参数对滚动接触疲劳寿命的影响规律;提出了基于多元回归的滚动接触疲劳寿命预测公式,疲劳寿命预测值在1.5倍分散带以内;并在给定设计寿命下采用遗传算法对表面完整性参数进行优化,服务于传动构件抗疲劳设计。

关键词：滚动接触疲劳表面完整性疲劳性能数据驱动寿命预测

基于高斯展开法的碟形声学黑洞宽频调谐减振机理研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 291-298,342页

作者：丁媛施凯耀郑玲重庆大学机械与运载工程学院机械传动国家重点实验室重庆400044

近年来,嵌入式声学黑洞(acoustic black holes,ABH)以其优异的性能,在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景,但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。提出一种碟形声学黑洞(dish-shaped acoustic black hole,D... 详细信息

近年来,嵌入式声学黑洞(acoustic black holes,ABH)以其优异的性能,在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景,但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。提出一种碟形声学黑洞(dish-shaped acoustic black hole,DABH)结构,将其附加在主体结构上,以实现对主体结构的宽频减振。在Rayleigh-Ritz法框架下,选择高斯函数作为基函数,根据声学黑洞板的形状确定基函数的分布,避免质量和刚度矩阵的奇异化,建立了其耦合系统半解析模型。通过与有限元模态分析结果的对比,验证了半解析建模方法的正确性。研究了碟形声学黑洞结构参数以及连接位置对主体结构振动响应特性的影响规律,分析了碟形声学黑洞的ABH效应以及与主体结构的耦合效应,揭示了其宽频调谐减振的机理,为拓展声学黑洞在宽频结构振动控制上的应用提供了新的思路。

关键词：声学黑洞(ABH) 减振高斯展开法动态吸振器效应

航空齿轮钢强化工艺与表面完整性关联规律研究

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表面技术 2024年第1期53卷 153-168页

作者：吴吉展朱才朝魏沛堂刘怀举吴少杰重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

目的探究不同加工工艺与表面完整性的关联规律。方法对渗碳航空齿轮钢AISI9310进行常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等齿轮高表面完整性强化加工工艺处理,使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度计对不同工艺状... 详细信息

目的探究不同加工工艺与表面完整性的关联规律。方法对渗碳航空齿轮钢AISI9310进行常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等齿轮高表面完整性强化加工工艺处理,使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度计对不同工艺状态下的试件进行表面形貌、表面粗糙度、残余应力和显微硬度等表面完整性表征。结果喷丸能使得航空齿轮钢的表面粗糙度Sa值由磨削状态的0.68μm增加到0.96μm,而光整处理后,Sa下降到0.2μm以下;微粒喷丸使表面残余压应力提升到–1 300 MPa,相比于常规喷丸和磨削状态,其幅值分别增加了450、800 MPa;滚磨光整使得表面残余压应力幅值进一步增加到1 400MPa以上;二次喷丸及喷丸光整能显著提升表面硬度,相比磨削状态的645HV分别提升到718HV、721HV。结论二次喷丸、微粒喷丸、光整等工艺通过影响齿轮表面粗糙度、残余应力、硬度梯度等表面完整性参数,从而影响润滑状态、受力状态、应力集中、失效风险等,直接影响齿轮的服役性能。

关键词：滚动接触疲劳二次喷丸微粒喷丸滚磨光整表面完整性

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