考慮裂紋齒輪副剛度激勵(lì)影響的齒輪系統(tǒng)振動(dòng)特性研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)在各類機(jī)械設(shè)備中是最主要的傳動(dòng)方式之一，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)往往直接影響到機(jī)械設(shè)備能否正常工作。由于齒輪副嚙合時(shí)輪齒根部承受輪齒對(duì)交替嚙合引起的周期性交變力的作用，容易產(chǎn)生疲勞進(jìn)而誘發(fā)裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展，將導(dǎo)致輪齒斷裂而造成重大事故。因而，研究齒根裂紋故障對(duì)預(yù)防輪齒斷裂等嚴(yán)重事故具有重大意義。本文以直齒輪副為研究對(duì)象，建立了考慮延長(zhǎng)嚙合、裂紋對(duì)基體削弱、齒輪副安裝誤差影響的裂紋齒輪副時(shí)變嚙合剛度模型，該模型可應(yīng)用于修緣齒輪副

2、和變位齒輪副;針對(duì)薄輪緣齒輪副，基于有限元法獲得了裂紋分別沿著輪齒和輪緣擴(kuò)展的齒輪副嚙合剛度。圍繞考慮裂紋齒輪副剛度激勵(lì)的齒輪系統(tǒng)振動(dòng)特性展開研究，論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)基于能量法，本文考慮多對(duì)齒嚙合時(shí)共用一個(gè)基體和輪齒彈性的影響提出了一個(gè)計(jì)算嚙合剛度的修正解析模型。與傳統(tǒng)嚙合剛度模型和有限元模型對(duì)比表明:修正的解析模型更符合實(shí)際，計(jì)算結(jié)果與有限元結(jié)果吻合的更好;而傳統(tǒng)嚙合剛度模型通過(guò)單對(duì)齒嚙合剛度簡(jiǎn)單疊加，計(jì)算多對(duì)

3、齒同時(shí)嚙合時(shí)的總剛度，導(dǎo)致多對(duì)齒嚙合時(shí)過(guò)高估計(jì)基體剛度，使得計(jì)算結(jié)果偏大。
　　(2)考慮裂紋對(duì)齒輪基體剛度的削弱作用，本文進(jìn)一步提出了基于有限元模型確定基體剛度修正系數(shù)的方法，并建立了含裂紋的修緣齒輪和變位齒輪時(shí)變嚙合剛度計(jì)算模型，分析了修緣量、修緣長(zhǎng)度、變位系數(shù)、裂紋深度對(duì)齒輪嚙合剛度的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)出現(xiàn)裂紋后，齒輪時(shí)變嚙合剛度降低;輪齒修緣及變位均使齒輪副單雙齒嚙合區(qū)、平均嚙合剛度及載荷分配系數(shù)發(fā)生變化。
　　

4、(3)基于修正的嚙合剛度模型，提出了考慮齒輪安裝誤差影響的含裂紋齒輪副時(shí)變嚙合剛度模型，研究了中心距誤差和安裝角度不對(duì)中對(duì)時(shí)變嚙合剛度的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)出現(xiàn)中心距誤差和安裝角度不對(duì)中時(shí)，齒輪嚙合剛度降低。
　　(4)建立了6自由度齒輪系統(tǒng)集中質(zhì)量模型，分析了含裂紋的標(biāo)準(zhǔn)齒輪、修緣齒輪、變位齒輪和考慮安裝誤差影響的不同裂紋齒輪系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)。通過(guò)時(shí)域和頻域分析了裂紋齒輪系統(tǒng)的振動(dòng)特征。此外，通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)得含裂紋的標(biāo)準(zhǔn)齒輪系統(tǒng)振動(dòng)

5、信號(hào)，驗(yàn)證仿真結(jié)果的有效性。
　　(5)基于有限元法，獲得了薄輪緣齒輪副嚙合剛度。利用集中質(zhì)量模型，研究了裂紋分別沿著輪齒齒根擴(kuò)展和輪緣擴(kuò)展的薄輪緣齒輪副振動(dòng)響應(yīng)特性。研究結(jié)果表明:對(duì)于薄輪緣齒輪副，在主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)與薄輪緣齒輪輪孔個(gè)數(shù)有關(guān)的新周期;對(duì)于健康的薄輪緣齒輪副，加速度頻譜中除了嚙合頻率和嚙合頻率的諧波頻率成分外，還包括薄輪緣齒輪（主動(dòng)齒輪）的轉(zhuǎn)頻與嚙合頻率的組合頻率。在相同裂紋深度情況下，裂紋沿著輪緣擴(kuò)展