齒輪傳動(dòng)與疲勞裂紋擴(kuò)展耦合行為研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中普遍的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。齒輪產(chǎn)生故障后，直接影響設(shè)備的安全可靠運(yùn)行、降低工作效率?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中大多研究不含故障齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，研究取得了很大進(jìn)展，而對(duì)含故障缺陷的齒輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析還不夠透徹。因此，從仿真角度研究齒輪故障對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，對(duì)于齒輪系統(tǒng)的齒輪故障監(jiān)測(cè)、識(shí)別和診斷具有重要意義和潛在實(shí)用價(jià)值。
　　本文分析齒根裂紋產(chǎn)生后，對(duì)齒輪系統(tǒng)的影響。論文將含齒根裂紋的漸開線直齒圓柱齒輪作為研究對(duì)

2、象，通過建立含裂紋齒輪副有限元模型和齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展模型，研究疲勞裂紋擴(kuò)展對(duì)嚙合剛度、輪齒接觸載荷的影響，同時(shí)分析動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。本文主要開展的工作如下:
　　(1)以漸開線直齒圓柱齒輪為分析對(duì)象，通過提取齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展模型的裂紋軌跡的PHILSM值完成了裂紋面的構(gòu)型，建立了含裂紋齒輪副有限元模型。仿真結(jié)果表明，裂紋的存在降低了齒輪副的嚙合剛度和輪齒接觸載荷，導(dǎo)致了動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化。
　　(2)通過擴(kuò)展有限元方

3、法(XFEM)，分析得到疲勞損傷演化參數(shù)，建立了齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展模型;通過含裂紋齒輪副有限元模型仿真得到的嚙合接觸載荷的幅值變化曲線，以及通過齒廓法線法推導(dǎo)得到的接觸位置沿齒廓齒面的移動(dòng)速率變化過程，利用DLOAD子程序?qū)崿F(xiàn)輪齒接觸載荷的邊界條件施加，仿真得到了裂紋擴(kuò)展軌跡，然后提取PHILSM值用于下一步含裂紋齒輪副有限元模型的裂紋面構(gòu)型。
　　(3)通過含裂紋齒輪副有限元模型得到的接觸載荷建立與齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展模型的聯(lián)系，通過

4、齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展模型的裂紋擴(kuò)展軌跡的PHILSM值建立與含裂紋齒輪副有限元模型的聯(lián)系，分析隨裂紋擴(kuò)展齒輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化和動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化對(duì)齒根疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。仿真發(fā)現(xiàn)，齒根部位出現(xiàn)裂紋后，輪齒的嚙合剛度和接觸載荷都變小，并且隨著疲勞裂紋的擴(kuò)展，這種影響越明顯;輪齒齒根裂紋朝向深入輪緣方向擴(kuò)展，到了擴(kuò)展后期裂紋朝向齒根位置擴(kuò)展，總體呈現(xiàn)朝向齒輪另一側(cè)的齒根擴(kuò)展最終折斷的趨勢(shì);而且疲勞裂紋在擴(kuò)展過程中，裂紋擴(kuò)展速率逐漸增大，到達(dá)一定長度后，