基于ANSYS-LS-DYNA的齒輪故障特性仿真分析.pdf

1、齒輪減速器是機械系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，發(fā)揮著不可替代的作用，它可以提供該機械系統(tǒng)需要的扭矩和相應(yīng)旋轉(zhuǎn)速度。它的工作狀態(tài)好壞直接決定著傳動系統(tǒng)整體性能的好壞，齒輪的損壞可以導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)的大量損失，有時甚至危害人類生命安全。鑒于此，學(xué)者們一直都很重視齒輪傳動系統(tǒng)可靠性與安全性研究。
　　減速器中齒輪發(fā)生故障后將會改變工作齒輪的嚙合狀態(tài)，導(dǎo)致齒輪嚙合過程中出現(xiàn)不同程度的波動。這些波動包括減速器的振動和噪聲，由于它們的出現(xiàn)，降低了齒輪的

2、嚙合精度。高速運轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，輪齒更加容易出現(xiàn)點蝕、裂紋及斷齒等的故障。由于齒輪故障的存在，齒輪的嚙合振動沖擊會呈現(xiàn)更加明顯的周期性，傳動性能也將會受到極大的影響。因此對故障齒輪動態(tài)特性的研究已經(jīng)成為一個非常熱門的課題。
　　本文首先建立了齒輪的有限元模型，除了對其進(jìn)行了靜力學(xué)分析外，還進(jìn)行了動力學(xué)特性的動態(tài)模擬。通過運用ANSYS軟件的靜力學(xué)分析，分別計算出了齒輪在健康狀態(tài)和故障狀態(tài)下的嚙合剛度；動力學(xué)分析方面是使用LS-DYNA

3、軟件對健康齒輪和故障齒輪進(jìn)行齒輪動態(tài)特性的模擬仿真；最后對故障齒輪和健康齒輪進(jìn)行運轉(zhuǎn)實驗，驗證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　本文的主要內(nèi)容包括：
　　一、齒輪有限元模型的建立。除了使用CAD三維軟件快速生成相對應(yīng)的齒輪對外，本文重點介紹了運用 APDL語言建立四種類型的齒輪模型，分別為完整、斷齒、齒根裂紋1mm、齒根裂紋3mm的齒輪對，采用六面體形狀的網(wǎng)格單元對齒輪模型進(jìn)行劃分。與四面體齒輪有限元模型計算結(jié)果相比，六面體有限元模型

4、計算結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且計算速度提高了一倍以上。
　　二、運用ANSYS對齒輪對進(jìn)行靜力學(xué)分析。計算出輪齒一個嚙合周期的嚙合剛度，計算結(jié)果表明具有齒根故障的齒輪嚙合剛度變小了很多。
　　三、運用LS-DYNA軟件對上述四種不同狀況的齒輪對進(jìn)行動力學(xué)特性分析。為了盡可能的減小傳播路徑對振動信號的影響，提取輪體上面的加速度信號以及嚙合力曲線，觀察輪齒故障對這些參數(shù)的影響。因為輪齒故障的存在，靠近故障輪齒嚙合部位的嚙合力發(fā)生了突變，