Design and manufacture of lightweight for spiral bevel gear with double pressure angles of mining reducer

矿用减速器的结构对整机轻量化影响很大,优化弧齿锥齿轮的结构尺寸能有效减少减速器齿轮、轴承座和箱壳的质量。针对矿用减速器的工作状况,提出在工作齿面采用大压力角,在非工作齿面采用标准压力角的非对称弧齿锥齿轮。对双压力角非对称弧齿锥齿轮的啮合传动原理、齿轮副齿面方程进行了推导,分析非对称设计对工作齿面压力角变化范围的影响,对减速器弧齿锥齿轮齿形进行计算,对比了对称和非对称弧齿锥齿轮主动轮和被动轮。设计并制造了非对称单面刀盘和双面刀盘,加工出双压力角非对称弧齿锥齿轮,通过解析法、有限元法及封闭式齿轮实验台对非对称弧齿锥齿轮承载能力进行计算、仿真和实验。结果表明非对称弧齿锥齿轮轻量化效果明显,轻量化后的非对称弧齿锥齿轮能够替代原减速器对称齿轮。The structure of reducer has a great influence on the lightweight of whole mining machine.Optimizing the structure of the spiral bevel gear can effectively reduce the weight of gear,bearing and box shell.In terms of the working conditions of coal mine reducer,an asymmetric spiral bevel gear with a large pressure angle at driving side and a standard one at coast side was presented.The theory of meshing transmission and the equation of tooth face for spiral bevel gear with double pressure angles were proposed.The effect of asymmetric design on the increase of the pressure angle of driving side was analyzed.The tooth shape of asymmetric spiral bevel gear for main reducer was calculated and then the driving gear and driven gear of asymmetric and symmetric spiral bevel gear were compared.The asymmetric single-side cutter and alternate blade cutter were designed and processed.In this paper,the spiral bevel gears with double pressure angles were manufactured and the experiment of fatigue strength was carried on using a closed test bench.The results show that the effect of asymmetric spiral bevel gear on lightweight is obvious,and the symmetric spiral bevel gear can be replaced by asymmetric gear.国家自然科学基金资助项目(51205382

基于颗粒阻尼技术的数控机床轻量化研究

随着数控机床向高精度、高速度和绿色化发展,轻量化数控机床的优势越来越明显。以ZN-XK2840数控龙门镗铣床为例,提出一种基于颗粒阻尼技术的数控机床轻量化设计方法。首先通过有限元法对常规数控机床结构的静态性能进行分析,对其壁厚进行优化,对轻量化的机床结构的静态性能进行分析,确保其最大变形量和强度满足使用要求;然后对常规数控机床的动特性如模态特性、谐响应进行分析。颗粒阻尼技术能够在振动传递路径有效降低机床结构振动,通过建立颗粒系统-龙门铣床动力学模型,采用自主开发的离散元动力学软件分析安装颗粒阻尼器后的机床结构动态特性,与常规机床进行动特性对比。对按轻量化的设计方案制造安装颗粒阻尼器的龙门镗铣床,在空运转和铣削加工过程中测量其加速度幅值与位移幅值,发现两者均小于常规机床;经检测,其重量相比同类产品减少53.8%,有效实现了轻量化。福建省重点科技专项(2016H0032);;厦门市科技计划项目(3202Z20173021);;航空科学基金项目(20171668003);;中央高校基本科研业务费专项资金项目(20720180063);;厦门市交通基础设施智能管养工程技术研究中心开放基金(TCIMI201813

Influence of Particle Damper Configurations on the Dynamic Characteristic for Gear Transmission System

齿轮传动正朝着高速、重载和高精度方向发展,对其动态性能要求越来越高。颗粒阻尼通过颗粒间、颗粒与阻尼器壁间的非弹性碰撞和摩擦作用耗能,具有减振效果; 显著、耐高温、各向同性、对原结构改动小等优点。利用有限元法对齿轮进行了有预应力的模态分析,通过齿轮系统动力学分析,研究单双齿啮合激励对齿轮传动的; 影响;同时建立齿轮传动离心场中颗粒系统耗能模型,将离散元法计算颗粒系统耗能和试验测试对比,分析阻尼器配置对齿轮传动系统动特性的影响。结果显示,阻; 尼器配置方案是影响齿轮传动系统动特性的一个重要因素,在阻尼孔中填充一定数量的颗粒,当阻尼器总体积相同且齿轮结构静刚度相差不大时,阻尼器个数越多颗; 粒系统能耗越大;当阻尼孔直径相同时,阻尼孔个数越多颗粒系统总能耗越小;当阻尼孔个数相同时,阻尼孔直径越大颗粒系统能耗越小。通过试验和仿真对比验证; 了模型的正确性,为颗粒阻尼在离心场中的应用提供重要的理论依据。The gear transmission is advancing towards high speed, heavy load and; high precision. The requirements for the dynamic performance of gear; system are urgently proposed. The particle damping dissipates mechanical; system energy through inelastic collisions and friction between; particles. It is an effective and simple measure for vibration; reduction. It has many advantages, such as isotropy, high temperature; resistance and less modification to the original structure. This paper; has conducted the prestressed modal analysis of gear system by the; finite element method. Based on the dynamics analysis of gear system,; the effect of single tooth and double teeth meshing incentive on gear; transmission has been analyzed. The energy dissipation model of particle; damping for gear transmission in centrifugal field has been established.; By contrasting theoretical analysis and the test, the effect of damper; configuration on dynamic characteristic of gear transmission system is; analyzed. The results show that damper configuration is an important; factor of the dynamic characteristic for gear transmission system.; Filling a certain number of particles, when the gears static stiffness; are similar and the total dampers volume are equal, the more damping; hole, the greater the total energy loss. When the damping holes diameter; are the same, the more number of damping hole, the smaller the total; energy loss. When the damping hole number is the same, the bigger the; diameter, the less the total energy loss. Experimental results are; consistency with the theoretical analysis. These results can provide; guidelines for the application of particle damping in centrifugal field.国家自然科学基金; 福建省重点科技专项; 中央高校基本科研业务费专项资金; 福建省高端装备制造协同创新中心资助项

基于颗粒阻尼的PCB动力学与电路联合设计研究

对PCB在运输与使用过程中受振动影响易产生故障的问题,提出一种新型的电路板动力学与电路联合设计方法,能在满足电路设计的前提下,提高它的抗振特性。基于PCB的动力学分析,确定电路板的模...国家自然科学基金(51875490);; 航空科学基金(20171668003);; 航空动力基金(6141B090562);; 厦门市科技计划项目(3202Z20173021);; 中央高校基本科研业务费专项资金(20720180063

基于颗粒阻尼的矿用自卸车振动舒适性

采用颗粒阻尼技术对驾驶室座椅进行减振,提高其振动舒适性;选择与驾驶室底板和座椅连接的基座作为颗粒阻尼器,建立了基座阻尼器的离散元模型;模拟整车在发动机最高转速下的振动环境,针对不同阻尼器方案（颗粒材质、阻尼器分层数、颗粒粒径和颗粒填充率）,通过离散元仿真计算逐一进行耗能分析,得到了最优方案;对实物模型进行试验,对比原结构与增加阻尼颗粒后基座的加速度均方根,确认减振效果,将试验与仿真计算结果进行趋势对比,验证了离散元模型的可行性;在实际样车试验中应用最优方案,采集了座椅在发动机不同转速下的响应,进行了数据分析;针对最高转速的工况,进行了人体振动暴露的舒适性分析。研究结果表明:从频域图的单峰最大值来看,减振前座椅最大加速度响应出现在425 Hz处的0.643 4 m·s-2,安装颗粒阻尼器后最大值为25 Hz处的0.087 5 m·s-2;从时域图来看,当发动机转速分别为750、1 110、1 470、1 830、2 200 r·min-1时,安装颗粒阻尼器后座椅加速度均方根综合减幅分别达到24.2%、29.6%、34.7%、39.2%、46.0%,发动机转速越高,颗粒阻尼器的减振效果越好;安装颗粒阻尼器后各频段舒适性界限时长均有大幅度增加,频段为3.1和4.0 Hz时,安装颗粒阻尼器后舒适性界限时长均提升了1.50倍,为20 Hz时,安装颗粒阻尼器后舒适性界限时长提升了1.57倍。国家自然科学基金项目(51875490)厦门市科技计划项目(3202Z20173021)厦门市交通基础设施智能管养工程技术研究中心开放基金项目(TCIMI201813)中央高校基本科研业务费专项资金项目(20720180063

对称与非对称齿轮齿根弯曲应力对比分析

非对称渐开线直齿圆柱齿轮作为一种新型的齿轮.无法通过现有的解析法对其齿根弯曲应力强度进行计算.通过分析其轮齿齿廓结构特点,以平截面法为基础,建立了一种新的求解方法,推导出该类齿轮齿根弯曲应力解析法计算公式.以相同模数及齿数的对称、非对称齿轮为研究对象,在相同工作状况下,分别通过解析法和有限元法,对对称、非对称渐开线直齿圆柱齿轮正向、反向旋转过程中轮齿齿根的弯曲强度进行了研究.取啮合齿轮对一个啮合周期内的五个特殊位置点,对两种齿轮轮齿两侧齿根弯曲应力进行了对比分析.最后通过阶梯增载疲劳试验法,对两类齿轮进行了轮齿齿根的弯曲疲劳强度试验,通过试验数据对理论分析结果进行了验证

对称与非对称齿轮齿根弯曲应力对比分析

非对称渐开线直齿圆柱齿轮作为一种新型的齿轮.无法通过现有的解析法对其齿根弯曲应力强度进行计算.通过分析其轮齿齿廓结构特点,以平截面法为基础,建立了一种新的求解方法,推导出该类齿轮齿根弯曲应力解析法计算公式.以相同模数及齿数的对称、非对称齿轮为研究对象,在相同工作状况下,分别通过解析法和有限元法,对对称、非对称渐开线直齿圆柱齿轮正向、反向旋转过程中轮齿齿根的弯曲强度进行了研究.取啮合齿轮对一个啮合周期内的五个特殊位置点,对两种齿轮轮齿两侧齿根弯曲应力进行了对比分析.最后通过阶梯增载疲劳试验法,对两类齿轮进行了轮齿齿根的弯曲疲劳强度试验,通过试验数据对理论分析结果进行了验证

对称与非对称齿轮齿根弯曲应力对比分析

非对称渐开线直齿圆柱齿轮作为一种新型的齿轮.无法通过现有的解析法对其齿根弯曲应力强度进行计算.通过分析其轮齿齿廓结构特点,以平截面法为基础,建立了一种新的求解方法,推导出该类齿轮齿根弯曲应力解析法计算公式.以相同模数及齿数的对称、非对称齿轮为研究对象,在相同工作状况下,分别通过解析法和有限元法,对对称、非对称渐开线直齿圆柱齿轮正向、反向旋转过程中轮齿齿根的弯曲强度进行了研究.取啮合齿轮对一个啮合周期内的五个特殊位置点,对两种齿轮轮齿两侧齿根弯曲应力进行了对比分析.最后通过阶梯增载疲劳试验法,对两类齿轮进行了轮齿齿根的弯曲疲劳强度试验,通过试验数据对理论分析结果进行了验证

非对称齿廓齿轮弯曲疲劳强度理论分析与试验

为提高齿轮承载能力设计齿轮两侧压力角不等的非对称渐开线新齿形,推导双压力角非对称齿廓齿轮工作齿侧与非工作齿侧的渐开线齿廓方程和齿根过渡曲线方程,通过迭代计算和优化策略提出非对称齿廓齿轮疲劳强度解析法计算公式。编制生成非对称齿轮齿廓的参数化程序,在此基础上建立非对称齿廓齿轮有限元分析模型。通过解析法对不同压力角组合的非对称齿廓齿轮弯曲应力和危险截面位置计算得出,随着工作齿侧压力角的增大齿根最大弯曲应力逐渐降低,单齿啮合区向齿顶偏移;通过对有限元模型进行计算得出的结果与解析法一致,应用最小二乘法拟合出非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力随工作齿侧压力角变化的计算公式。采用数控电火花线切割方法加工制造非对称与标准齿廓齿轮,在高频疲劳试验机上采用双齿脉动加载方法对其进行疲劳强度试验。试验结果表明,非对称齿廓齿轮在相同寿命下比对称齿轮极限载荷提高了50%,非对称齿廓齿轮的应力值变化趋势与前两种方法是一致的

非对称齿廓齿轮弯曲疲劳强度理论分析与试验

为提高齿轮承载能力设计齿轮两侧压力角不等的非对称渐开线新齿形,推导双压力角非对称齿廓齿轮工作齿侧与非工作齿侧的渐开线齿廓方程和齿根过渡曲线方程,通过迭代计算和优化策略提出非对称齿廓齿轮疲劳强度解析法计算公式。编制生成非对称齿轮齿廓的参数化程序,在此基础上建立非对称齿廓齿轮有限元分析模型。通过解析法对不同压力角组合的非对称齿廓齿轮弯曲应力和危险截面位置计算得出,随着工作齿侧压力角的增大齿根最大弯曲应力逐渐降低,单齿啮合区向齿顶偏移;通过对有限元模型进行计算得出的结果与解析法一致,应用最小二乘法拟合出非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力随工作齿侧压力角变化的计算公式。采用数控电火花线切割方法加工制造非对称与标准齿廓齿轮,在高频疲劳试验机上采用双齿脉动加载方法对其进行疲劳强度试验。试验结果表明,非对称齿廓齿轮在相同寿命下比对称齿轮极限载荷提高了50%,非对称齿廓齿轮的应力值变化趋势与前两种方法是一致的