含齿根裂纹斜齿圆柱齿轮接触应力及模态分析

发布时间：2017-11-06 18:24

  本文关键词：含齿根裂纹斜齿圆柱齿轮接触应力及模态分析

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【摘要】：斜齿轮以其结构紧凑、承载能力强、传动平稳等优点而被广泛应用于机械传动中。由于齿轮、轴和支承轴承等存在制造与安装误差,受载后易产生形变等原因,齿轮在沿齿宽分布载荷作用下容易产生局部应力集中。因应力集中产生齿面点蚀或者因接触应力过大产生齿轮疲劳损伤是齿轮传动系统最常见的两种失效形式。因此,研究渐开线斜齿圆柱齿轮的接触特性、齿根出现裂纹时齿面接触应力的变化特征以及对齿轮固有特性的影响,对于掌握斜齿轮系统运行状态、及时发现并准确定位故障、预测齿轮运行状态的变化趋势、提高齿轮啮合可靠性等具有重要的理论意义。本文以渐开线斜齿圆柱齿轮啮合为对象,开展如下研究工作:(1)建立精确的斜齿轮副有限元模型。基于ANSYS 15.0软件以某型号柴油机配气机构正时齿轮为例,结合斜齿轮端面轮齿齿廓线渐开线、过渡曲线、齿根圆弧线以及螺旋线方程,采用参数化设计语言(APDL)建立渐开线斜齿圆柱齿轮的三维几何模型,提出采用手工划分网格策略建立高质量的网格模型,基于多点约束(MPC)技术,实现斜齿轮有限元分析模型的建立。(2)建立斜齿轮啮合的静态和动态接触应力有限元分析模型。经求解和后处理得到齿轮接触应力的大小以及分布情况,与基于赫兹理论的斜齿轮齿面接触应力公式和AGMA公式计算结果相比,结果证实了应用本文所建立的模型进行斜齿轮齿面接触应力分析是准确可信的;建立斜齿轮啮合动态接触应力有限元分析模型,经求解和后处理得到若干啮合位置的齿面接触应力值,并绘制出齿面接触最大应力随时间变化的变化情况,结果表明动态接触应力随啮合角度呈现一定的规律性,且齿根裂纹扩展至某一尺寸时轮齿尖端位置易产生严重的啮合冲击。(3)在应用参数化设计语言APDL创建斜齿轮啮合的三维实体模型基础上,通过添加不同长度的齿根裂纹,在相同求解设置条件下,分别对不同裂纹尺寸的斜齿轮啮合模型进行动态接触应力有限元分析,研究不同尺寸齿根裂纹对齿轮动态接触性能的影响,分析啮合周期内齿轮动态接触应力随齿根裂纹变化情况。(4)建立斜齿轮全齿啮合有限元模型并进行模态求解分析,求得前10阶自然频率和振型,研究裂纹尺寸对齿轮自然频率和振型的影响。研究发现,齿根裂纹对齿轮振型的影响不明显,对自然频率的影响总体较小,但表现出一定的规律性。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

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1 孙智甲;李有堂;;齿根初始裂纹倾角对圆柱齿轮疲劳寿命的影响[J];兰州理工大学学报;2016年01期

2 刘耀东;陈凯;华晓波;王慧玲;;考虑弹流润滑作用的斜齿轮啮合分析方法研究[J];计算力学学报;2015年06期

3 张玲玉;徐颖强;许t，

本文编号：1148858