含齒根裂紋斜齒圓柱齒輪接觸應(yīng)力及模態(tài)分析.pdf

1、斜齒輪以其結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)中。由于齒輪、軸和支承軸承等存在制造與安裝誤差，受載后易產(chǎn)生形變等原因，齒輪在沿齒寬分布載荷作用下容易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。因應(yīng)力集中產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕或者因接觸應(yīng)力過大產(chǎn)生齒輪疲勞損傷是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)最常見的兩種失效形式。因此，研究漸開線斜齒圓柱齒輪的接觸特性、齒根出現(xiàn)裂紋時(shí)齒面接觸應(yīng)力的變化特征以及對齒輪固有特性的影響，對于掌握斜齒輪系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確定位故障、預(yù)測齒

2、輪運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢、提高齒輪嚙合可靠性等具有重要的理論意義。本文以漸開線斜齒圓柱齒輪嚙合為對象，開展如下研究工作：
　　（1）建立精確的斜齒輪副有限元模型。基于ANSYS15.0軟件以某型號柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)正時(shí)齒輪為例，結(jié)合斜齒輪端面輪齒齒廓線漸開線、過渡曲線、齒根圓弧線以及螺旋線方程，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)語言（APDL）建立漸開線斜齒圓柱齒輪的三維幾何模型，提出采用手工劃分網(wǎng)格策略建立高質(zhì)量的網(wǎng)格模型，基于多點(diǎn)約束（MPC）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)

3、斜齒輪有限元分析模型的建立。
　　（2）建立斜齒輪嚙合的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力有限元分析模型。經(jīng)求解和后處理得到齒輪接觸應(yīng)力的大小以及分布情況，與基于赫茲理論的斜齒輪齒面接觸應(yīng)力公式和AGMA公式計(jì)算結(jié)果相比，結(jié)果證實(shí)了應(yīng)用本文所建立的模型進(jìn)行斜齒輪齒面接觸應(yīng)力分析是準(zhǔn)確可信的；建立斜齒輪嚙合動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力有限元分析模型，經(jīng)求解和后處理得到若干嚙合位置的齒面接觸應(yīng)力值，并繪制出齒面接觸最大應(yīng)力隨時(shí)間變化的變化情況，結(jié)果表明動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力隨

4、嚙合角度呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，且齒根裂紋擴(kuò)展至某一尺寸時(shí)輪齒尖端位置易產(chǎn)生嚴(yán)重的嚙合沖擊。
　?。?）在應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL創(chuàng)建斜齒輪嚙合的三維實(shí)體模型基礎(chǔ)上，通過添加不同長度的齒根裂紋，在相同求解設(shè)置條件下，分別對不同裂紋尺寸的斜齒輪嚙合模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力有限元分析，研究不同尺寸齒根裂紋對齒輪動(dòng)態(tài)接觸性能的影響，分析嚙合周期內(nèi)齒輪動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力隨齒根裂紋變化情況。
　?。?）建立斜齒輪全齒嚙合有限元模型并進(jìn)行模態(tài)求解分析