三峽升船機(jī)齒條彎曲應(yīng)力計(jì)算方法及測(cè)試技術(shù)研究.pdf

1、齒條特別是大模數(shù)齒條在重大工程裝備中的應(yīng)用越來(lái)越多，而且模數(shù)也越來(lái)越大，如三峽升船機(jī)齒條模數(shù)高達(dá)62.67mm，然而目前尚無(wú)計(jì)算齒條齒根應(yīng)力的精確計(jì)算方法?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)多采用將齒條視為無(wú)窮大的漸開線齒輪的方法來(lái)計(jì)算齒條齒根應(yīng)力，對(duì)于中小模數(shù)的齒條具有實(shí)用性和近似準(zhǔn)確性,但當(dāng)模數(shù)較大特別是大于50mm時(shí)，缺乏相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐，計(jì)算公式中的參數(shù)可能不再適用，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)已不適用大模數(shù)齒條齒根應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算。研究表明，對(duì)于齒根經(jīng)

2、硬化處理的齒輪，裂紋萌發(fā)源可能會(huì)由齒根表面轉(zhuǎn)移到齒根次表面，因此齒根內(nèi)部的應(yīng)力計(jì)算就顯得尤為重要。因此，對(duì)齒條齒根表面應(yīng)力、齒根內(nèi)部應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算方法及齒條齒根應(yīng)力測(cè)試技術(shù)的開發(fā)研究具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用背景。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論有：
　　(1)對(duì)齒根應(yīng)力計(jì)算的平截面法、折截面法、有限元法進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明：平截面法僅能計(jì)算齒根表面最大應(yīng)力值；折截面法既能計(jì)算齒根表面應(yīng)力值也能計(jì)算齒根內(nèi)部應(yīng)力值，并且比平截面法有更高

3、的準(zhǔn)確性；有限元法能清晰的獲得輪齒的應(yīng)力分布，可作為齒根應(yīng)力分析的一個(gè)重要手段。
　　(2)對(duì)現(xiàn)有折截面法計(jì)算模型進(jìn)行修正。為考慮齒根圓角引起的應(yīng)力集中對(duì)齒根應(yīng)力分布的影響，本文引入應(yīng)力滲透因子概念，采用積分方法推導(dǎo)出了齒根彎曲應(yīng)力、齒根壓應(yīng)力計(jì)算公式。并結(jié)合折截面法數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步分析了影響齒根應(yīng)力計(jì)算準(zhǔn)確性的若干因素。
　　(3)齒條齒根過(guò)渡曲線上應(yīng)力最大點(diǎn)處切線角的影響因素分析。對(duì)不同齒形角、齒根圓角半徑、模數(shù)、加載點(diǎn)位

4、置、載荷大小的齒條進(jìn)行有限元分析。研究表明：齒形角、齒根圓角半徑、加載點(diǎn)位置對(duì)齒根最大應(yīng)力點(diǎn)的切線角有較大影響；模數(shù)、載荷大小對(duì)齒根最大應(yīng)力點(diǎn)的切線角基本無(wú)影響。
　　(4)齒輪齒條嚙合剛度對(duì)齒間載荷分配及最惡加載點(diǎn)的影響規(guī)律研究。對(duì)齒輪齒條嚙合過(guò)程的嚙合剛度進(jìn)行分析，得出不同相位下的輪齒嚙合剛度。在考慮基節(jié)誤差的情況下，三峽升船機(jī)齒輪齒條的最惡加載點(diǎn)位于單齒嚙合上界點(diǎn)。
　　(5)應(yīng)力滲透因子的確定。采用試驗(yàn)與相似理論相結(jié)

5、合的方法計(jì)算應(yīng)力滲透因子值，并通過(guò)有限元方法驗(yàn)證了相似理論的正確性。
　　(6)三峽升船機(jī)齒條齒根應(yīng)力測(cè)試。根據(jù)試驗(yàn)轉(zhuǎn)速和載荷控制策略確定測(cè)試齒的位置，并利用有限元對(duì)齒條齒根應(yīng)力進(jìn)行分析，得出三峽升船機(jī)齒條齒根應(yīng)力分布規(guī)律，確定應(yīng)變片的粘貼位置。
　　(7)三峽升船機(jī)齒條齒根應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)分析。根據(jù)齒根應(yīng)力分布規(guī)律，確定有效齒根應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)。利用最小二乘法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出齒根應(yīng)力與載荷的關(guān)系。將試驗(yàn)測(cè)試值、折截面法計(jì)算值