Dr. 地中海的他是机械工程助理教授, 近年来的研究主要集中在平行轴直齿轮的齿根裂纹损伤上.
机械工程系
2022年12月18日
Arina Bokas著
汽车行业正在迅速发展, 随着人工智能和机器人技术的进步，它的能力比以往任何时候都要快. 然而,, 即使是最先进的内燃机，也只能在其所有组件的复杂阵列同步工作时才能完美地工作.
变速器是车辆的重要部件之一, 动力传动系统中齿轮的损坏会导致振动，从而阻碍车辆的整体功能. 有必要检测和表征振动造成的损伤, 由齿轮损坏引起, 这是由克里斯托弗·库利完成的任务, Ph.D.他是机械工程助理教授.
虽然这项研究有很多应用. 库利最近的研究主要集中在平行轴直齿轮的齿根裂纹损伤上. 正常运行时, the total transmitted force is evenly distributed between multiple teeth of gears in contact; when a gear is damaged, 负荷的分布发生了变化, 减少对破裂牙齿的负荷，使接触的健康牙齿承担更多的负荷来补偿.
“当牙齿的力量突然改变, 它们动态地激发齿轮, 造成额外的瞬态振动，进一步影响动态牙齿负载. 动力传动系统中齿轮齿的损坏会影响其噪声, 振动和耐久性. 如果损坏可以可靠地识别, 它可以节省维护成本, 允许部件设计不那么严格的设计规则，增加车辆的使用,” Dr. 地中海解释说.
因此, 检查由损伤引起的动态牙齿载荷可以对特定牙齿的损伤演变有相当大的了解, 它扩散到邻近的健康牙齿, 以及由此产生的振动的特性.
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| Dr. Cooley和Suhas Gupta Thunuguntla, 机械工程专业的研究生, 利用有限元/接触力学(FE/CM)模型对具有齿根裂纹损伤的直齿齿轮副的非线性静动态响应进行了精确分析. |
对具有齿根裂纹损伤的直齿齿轮副的非线性静动态响应进行了精确分析, Dr. 库利和王耀森, 机械工程专业的研究生, 利用有限元/接触力学(FE/CM)模型，该模型通常用于解决源自科学和工程的复杂偏微分方程. 具体地说, 他们的有限元/CM模型捕获了齿轮齿的弹性变形, 牙齿和边缘变形, 振动, 局部顺应性由于牙齿损伤而增加.
结果是, 研究人员能够测量接触压力分布和由此产生的弹性挠度. 研究表明，齿根裂纹的长度大于齿厚的75%，会导致足够大的振动，从而产生非线性接触损失.
“在低速下，当受损的牙齿啮合时，就会发生接触损失. 在更高速度下, 牙齿接触损失发生在损坏的牙齿脱离网格后的几个网格循环,” Dr. 地中海补充道.
平行轴直齿齿轮的齿根裂纹损伤只是研究的一个方面. 地中海的研究. 旁边是博士生Suhas Gupta Thunuguntla, 科学家目前正在开发的建模方法和表征动力学的另一种类型的齿轮损伤-点蚀, i.e.、齿面失效.
“除了, 我们希望利用我们所学到的知识，将这些知识应用于行星齿轮, 哪些是旋翼飞机和汽车变速器常用的. 不像正齿轮副, 行星齿轮有多个啮合同时相互作用, 更多的振动体和独特结构的额外振动模式,” Dr. 厄尔说.
这项新研究获得了321479美元.2000美元，来自国防部拨款, 一个为期三年的项目是否旨在为具有齿根裂纹和表面凹坑损伤的行星齿轮的非线性动力学建立一个新的预测分析框架.
“Dr. 库利的工作在损伤引起的齿轮动力学是帮助研究人员确定何时齿轮齿失效，并确定失效的严重程度, 哪一点对直升机的安全尤为重要,Brian Sangeorzan说, Ph.D.他是机械工程系教授兼系主任. “除了, 这个项目为我们的学生提供了令人兴奋的研究机会，他们学习使用最先进的软件，并与陆军研究实验室的研究人员进行互动.”
该项目将开发齿轮啮合的非线性齿刚度模型, incorporating these types of damage; create predictive models for dynamic analyses of planetary gears with damage; characterize damage-induced dynamic response in planetary gears, 并测量实际旋翼机传动的损伤引起的振动.
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