離心壓縮機用斜齒輪副的有限元分析及疲勞壽命預測.pdf

1、國內(nèi)外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，工程中疲勞破壞占機械設備所發(fā)生破壞的比例達60％~90%，可見疲勞為機械結(jié)構(gòu)最常見的失效形式。在空氣壓縮機中，增速斜齒輪副連接發(fā)動機和葉輪，是空氣壓縮機中的一個關(guān)鍵部件，其使用壽命決定了整機的無故障工作時間。傳統(tǒng)的設計往往基于靜強度設計方法，采用加大許用安全系數(shù)或降低許用應力的方法來提高其可靠性，往往不能保證其運行的可靠性和安全性。斜齒輪副主要承受循環(huán)載荷，一旦發(fā)生疲勞失效、斷齒故障，不但影響設備的正常運轉(zhuǎn)，而且?guī)?/p>

2、來不小的經(jīng)濟損失。因此，根據(jù)齒輪副的工作條件做出準確的受力分析，得出其所受應力應變情況、掌握破壞規(guī)律、估算其疲勞壽命是十分必要的，同時也可以為空氣壓縮機的檢查、維修、保養(yǎng)等提供必要的數(shù)據(jù)。
　　為此，本文以空氣壓縮中的增速斜齒輪副為對象綜合運用彈性接觸有限元理論、齒廓修形理論、多體動力學理論、疲勞損傷理論及模態(tài)分析理論，分別對齒輪副進行靜強度分析、齒廓修形、動力學仿真、疲勞壽命預測及模態(tài)分析，對空氣壓縮機的抗疲勞設計具有較大的參考

3、價值。本文研究工作包括如下幾個方面：
　?、僭?ANSYS中建立齒輪副的多齒嚙合有限元模型并加載求解，求得嚙合過程中的應力分布，并對齒頂出現(xiàn)嚙合沖擊的情況采取齒廓修形以改善輪齒受力，最后研究了摩擦系數(shù)、修形量對齒頂應力峰值的影響情況。研究結(jié)果表明：修形后齒輪的最大應力為236.223MPa，采用齒廓修形有效地降低了齒頂出現(xiàn)的嚙合沖擊現(xiàn)象。最大應力有隨摩擦系數(shù)和修形量的增加而降低的趨勢。
　?、谠趧恿W分析軟件 ADAMS里面

4、建立斜齒輪副的虛擬樣機模型，兩齒輪之間添加碰撞，求得動態(tài)嚙合力，并將其與理論計算值比較，結(jié)果表明：嚙合力的理論計算值與仿真計算值誤差約5%，可以為疲勞分析提供載荷譜。
　?、鄹鶕?jù)材料的性能，擬合材料的近似 S-N曲線，并結(jié)合應力結(jié)果、載荷譜基于疲勞損傷理論預測斜齒輪副的疲勞壽命，結(jié)果表明：齒輪副的安全系數(shù)均大于1，忽略極少數(shù)對齒輪的整體壽命影響較小的低壽命點，可達到64.17年，大于設計要求的20年使用壽命，且有很大富裕。最后研究