点阵型滚柱活齿设计及抗冲击性能研究

张爽; 殷桂虎; 陈美宇; 宜亚丽; 吴萌蕾

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

点阵型滚柱活齿设计及抗冲击性能研究

更新时间：2025-07-03

- 点阵型滚柱活齿设计及抗冲击性能研究
- Study on the design and impact resistance performance of lattice roller movable teeth
- 机械强度 2025年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.燕山大学工程训练中心，秦皇岛 066004
  2.江苏泰隆减速机（集团）股份有限公司，泰州 225400］
  3.燕山大学机械工程学院，秦皇岛 066004
- 作者简介：
  
  ZHANG Shuang, E-mail: zhangshuang@ysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52375064);河北省自然科学基金项目(E2024203121)
- DOI：
  中图分类号： TH132.4
- 收稿日期：2025-03-17，
  
  修回日期：2025-04-24，
  
  网络出版日期：2025-07-02，
- 稿件说明：
移动端阅览
张爽，殷桂虎，陈美宇等.点阵型滚柱活齿设计及抗冲击性能研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.

ZHANG Shuang，YIN Guihu，CHEN Meiyu，et al.Study on the design and impact resistance performance of lattice roller movable teeth［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.
张爽，殷桂虎，陈美宇等.点阵型滚柱活齿设计及抗冲击性能研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：

ZHANG Shuang，YIN Guihu，CHEN Meiyu，et al.Study on the design and impact resistance performance of lattice roller movable teeth［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：

摘要

目的

针对滚柱活齿长期承受冲击载荷而存在振动明显的问题，基于空心滚柱结构提出了一种新型点阵型滚柱活齿。

方法

首先，采用等效刚度预测和抗冲击试验，分析了4种点阵结构抗冲击能力，确定了抗冲击性能最优的点阵结构及点阵型滚柱活齿结构参数。其次，通过仿真分析探究了实心滚柱活齿、空心滚柱活齿及点阵型滚柱活齿的等效应力及振动特性。最后，搭建了滚柱活齿振动特性测试平台，对比分析了不同类型活齿振动加速度。

结果

结果表明，所提点阵型滚柱相比实心滚柱等效应力减小了28.72%，相比空心滚柱等效应力减小了3.96%；另外，相较于实心滚柱活齿、空心滚柱活齿，点阵型滚柱活齿振动加速度峰值降低明显，具有良好的减振效果。试验结果与仿真结果趋势一致，验证了仿真模型的可靠性以及试验结果的准确性。研究结果可为减振型活齿结构设计提供参考。

Abstract

Objective

Aiming at the problem of significant vibration in the roller movable teeth due to long-term impact loads

a novel lattice roller movable teeth was proposed based on the hollow roller structure.

Methods

Firstly

the impact resistance of four lattice structures was analyzed through equivalent stiffness prediction and impact tests

determining the optimal lattice structure and the structural parameters of the lattice roller movable teeth. Subsequently

simulation analysis was conducted to investigate the equivalent stress and vibration characteristics of solid roller movable teeth

hollow roller movable teeth

and lattice roller movable teeth. Finally

a vibration characteristic testing platform of roller movable teeth was established

and the vibration accelerations of different types of movable teeth were comparatively analyzed.

Results

The results indicate that the proposed lattice roller exhibits a 28.72% reduction in equivalent stress compared to the solid roller and a 3.96% reduction compared to the hollow roller. Additionally

the peak vibration acceleration of the lattice roller movable teeth is significantly lower than that of the solid and hollow roller movable teeth

demonstrating excellent vibration damping performance. The test results align with the simulation trends

verifying the reliability of the simulation model and the accuracy of the test results. The findings of this study can provide a reference for the structural design of vibration reducing movable teeth.

关键词

Keywords

references

曲继方 . 活齿传动理论［M］. 北京：机械工业出版社， 1993 ： 5 - 7 .

QU Jifang . Movable tooth transmission theory ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 1993 ： 5 - 7 . （In Chinese）

韩晓娟，杨茂坤 . 任意齿差摆线滚柱活齿传动齿形设计与传动特性分析［J］. 机械设计， 2016 ， 33 （ 10 ）： 11 - 15 .

HAN Xiaojuan ， YANG Maokun . Tooth profile design and transmission characteristics analysis of any tooth-difference cycloid roller movable tooth transmission ［J］. Journal of Machine Design ， 2016 ， 33 （ 10 ）： 11 - 15 . （In Chinese）

MUHAMMAD A ， ALI M A H ， SHANONO I H ， et al . Analysis of a 440C steel roller bearing using finite element method ［J］. Materials Today：Proceedings ， 2021 ， 44 ： 1750 - 1754 .

TU W ， YANG J ， YU W ， et al . Contact characteristic and vibration mechanism of rolling element bearing in the process of fault evolution ［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part K：Journal of Multi-body Dynamics ， 2021 ， 235 （ 1 ）： 19 - 36 .

罗虹，刘家浚 . 空心圆柱滚子轴承及其磨损问题［J］. 摩擦学学报， 1993 ， 13 （ 3 ）： 276 - 286 .

LUO Hong ， LIU Jiajun . The hollow cylindrical roller bearing and its wear problems ［J］. Tribology ， 1993 ， 13 （ 3 ）： 276 - 286 . （In Chinese）

陈家庆，毛红兵，张宝生 . 无预载荷空心圆柱滚子轴承的理论研究［J］. 轴承， 2002 （ 6 ）： 1 - 5 .

CHEN Jiaqing ， MAO Hongbing ， ZHANG Baosheng . Theory study on hollow cylindrical roller bearing without preload ［J］. Bearing ， 2002 （ 6 ）： 1 - 5 . （In Chinese）

魏延刚 . 无预负荷空心圆柱滚子轴承空心度的优化设计［J］. 机械设计， 2003 ， 20 （ 11 ）： 20 - 23 .

WEI Yangang . Optimal design on hollowness of hollowed cylindrical roller bearing without preloading ［J］. Journal of Machine Design ， 2003 ， 20 （ 11 ）： 20 - 23 . （In Chinese）

魏延刚，魏云玲 . 预负荷和无预负荷空心圆柱滚子轴承应力比较研究［J］. 机械设计， 2009 ， 26 （ 3 ）： 23 - 27 .

WEI Yangang ， WEI Yunling . Research on stress comparison of bearings of hollowed cylindrical rollers with or without pre-loading ［J］. Journal of Machine Design ， 2009 ， 26 （ 3 ）： 23 - 27 . （In Chinese）

魏延刚 . 新型滚动体轴承-深穴空心圆柱滚子轴承承载性能的理论研究［J］. 机械工程学报， 2005 ， 41 （ 2 ）： 107 - 111 .

WEI Yangang . Research on the performances of a novel roller bearing-deep cavity hollow cylindrical roller bearing ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2005 ， 41 （ 2 ）： 107 - 111 . （In Chinese）

魏云玲，刘彦奎 . 新型空心圆柱滚子的承载性能研究［J］. 机械设计与制造， 2020 （ 2 ）： 80 - 82 .

WEI Yunling ， LIU Yankui . Study on the bearing capacity of a new type of hollow cylindrical roller ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2020 （ 2 ）： 80 - 82 . （In Chinese）

张祥云，陈明，张晋峰，等 . 基于ABAQUS的分层空心圆柱滚子接触特性分析［J］. 太原科技大学学报， 2024 ， 45 （ 5 ）： 500 - 506 .

ZHANG Xiangyun ， CHEN Ming ， ZHANG Jinfeng ， et al . Analysis of contact characteristics of layered hollow cylindrical roller based on ABAQUS ［J］. Journal of Taiyuan University of Science and Technology ， 2024 ， 45 （ 5 ）： 500 - 506 . （In Chinese）

SOLANKI M T ， VAKHARIA D P . Experimental investigation of an elastic contact between a layered cylindrical hollow roller and flat plate ［J］. Materials Today：Proceedings ， 2020 ， 28 ： 582 - 586 .

姚齐水，杨文，余江鸿，等 . 弹性复合圆柱滚子轴承结构设计研究［J］. 中国机械工程， 2012 ， 23 （ 24 ）： 2899 - 2902 .

YAO Qishui ， YANG Wen ， YU Jianghong ， et al . Research on struct-ure design of elastic composite cylindrical roller bearing ［J］. China Mechanical Engineering ， 2012 ， 23 （ 24 ）： 2899 - 2902 . （In Chinese）

杨文 . 基于机车轮对的弹性复合圆柱滚子轴承深穴结构优化设计［J］. 计算机与数字工程， 2020 ， 48 （ 4 ）： 960 - 966 .

YANG Wen . Optimization design of deep cavity structure of elastic composite cylindrical roller bearing based on locomotive wheelset ［J］. Computer & Digital Engineering ， 2020 ， 48 （ 4 ）： 960 - 966 . （In Chinese）

杨文，姚齐水，余江鸿，等 . 弹性复合圆柱滚子轴承承载性能的理论研究［J］. 机械传动， 2013 ， 37 （ 5 ）： 6 - 9 .

YANG Wen ， YAO Qishui ， YU Jianghong ， et al . Research of carrying capacity of elastic composite cylindrical roller bearing ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2013 ， 37 （ 5 ）： 6 - 9 . （In Chinese）

姚齐水，张然，明兴祖，等 . 弹性复合圆柱滚子轴承静态径向刚度分析［J］. 中国机械工程， 2013 ， 24 （ 22 ）： 3085 - 3089 .

YAO Qishui ， ZHANG Ran ， MING Xingzu ， et al . Static radial stiffness analysis of elastic composite cylindrical roller bearings ［J］. China Mechanical Engineering ， 2013 ， 24 （ 22 ）： 3085 - 3089 . （In Chinese）

余江鸿，杨文，李超，等 . 弹性复合圆柱滚子轴承接触特性分析［J］. 机械强度， 2015 ， 37 （ 6 ）： 1099 - 1105 .

YU Jianghong ， YANG Wen ， LI Chao ， et al . Contact analysis of elastic composite cylindrical roller bearing ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2015 ， 37 （ 6 ）： 1099 - 1105 . （In Chinese）

张利明 . 弹性复合圆柱滚子轴承结构设计研究［J］. 山东工业技术， 2017 （ 22 ）： 37 .

ZHANG Liming . Study on structural design of elastic composite cylindrical roller bearing ［J］. Journal of Shandong Industrial Technology ， 2017 （ 22 ）： 37 . （In Chinese）

PAN C ， HAN Y ， LU J . Design and optimization of lattice structures：a review ［J］. Applied Sciences ， 2020 ， 10 （ 18 ）： 6374 .

果春焕，王磊，邵帅齐，等 . 激光粉末床熔融金属点阵结构力学性能研究进展［J］. 材料导报， 2025 ， 39 （ 6 ）： 216 - 225 .

GUO Chunhuan ， WANG Lei ， SHAO Shuaiqi ， et al . Research progress on mechanical properties of metal lattice structure fabricated by laser powder bed fusion ［J］. Materials Reports ， 2025 ， 39 （ 6 ）： 216 - 225 . （In Chinese）

全国钢标准化技术委员会 . 金属材料夏比摆锤冲击试验方法： GB/T 229—2020 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2020 ： 1 - 9 .

National Technical Committee for Standardization of Steel . Metallic materials—Charpy pendulum impact test method ： GB/T 229—2020 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2020 ： 1 - 9 . （In Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于变截面支柱的点阵强化设计方法

力学性能可调的可逆装配力学超材料性能表征

基于乘员腰椎损伤指标的座椅垂直冲击波形包线研究

基于流体热分析的FDM工艺参数对拉伸强度的影响研究

弹头形状对聚碳酸酯薄板抗弹性能的影响