齒輪傳動與疲勞裂紋擴展耦合行為研究.pdf

1、齒輪傳動是機械傳動中普遍的傳動機構，在工程領域得到廣泛應用。齒輪產生故障后，直接影響設備的安全可靠運行、降低工作效率?，F有文獻中大多研究不含故障齒輪系統(tǒng)的動態(tài)響應，研究取得了很大進展，而對含故障缺陷的齒輪動態(tài)響應分析還不夠透徹。因此，從仿真角度研究齒輪故障對動態(tài)響應的影響，對于齒輪系統(tǒng)的齒輪故障監(jiān)測、識別和診斷具有重要意義和潛在實用價值。
　　本文分析齒根裂紋產生后，對齒輪系統(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

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展模型，研究疲勞裂紋擴展對嚙合剛度、輪齒接觸載荷的影響，同時分析動態(tài)響應對疲勞裂紋擴展的影響。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象，通過提取齒輪疲勞裂紋擴展模型的裂紋軌跡的PHILSM值完成了裂紋面的構型，建立了含裂紋齒輪副有限元模型。仿真結果表明，裂紋的存在降低了齒輪副的嚙合剛度和輪齒接觸載荷，導致了動態(tài)響應的變化。
　　(2)通過擴展有限元方

3、法(XFEM)，分析得到疲勞損傷演化參數，建立了齒輪疲勞裂紋擴展模型;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得到的接觸位置沿齒廓齒面的移動速率變化過程，利用DLOAD子程序實現輪齒接觸載荷的邊界條件施加，仿真得到了裂紋擴展軌跡，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展模型的聯系，通過

4、齒輪疲勞裂紋擴展模型的裂紋擴展軌跡的PHILSM值建立與含裂紋齒輪副有限元模型的聯系，分析隨裂紋擴展齒輪動態(tài)響應的變化和動態(tài)響應變化對齒根疲勞裂紋擴展的影響。仿真發(fā)現，齒根部位出現裂紋后，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展，這種影響越明顯;輪齒齒根裂紋朝向深入輪緣方向擴展，到了擴展后期裂紋朝向齒根位置擴展，總體呈現朝向齒輪另一側的齒根擴展最終折斷的趨勢;而且疲勞裂紋在擴展過程中，裂紋擴展速率逐漸增大，到達一定長度后，