基于试验与数值模拟技术的齿轮弯曲疲劳特性研究

发布时间：2017-03-16 02:00

  本文关键词：基于试验与数值模拟技术的齿轮弯曲疲劳特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动具有传动比准确、传递功率大、承载能力强、寿命长、可靠性高等优点,在所有机械传动应用最广泛。随着技术的进步,齿轮装置正向着大功率密度化、标准化方向发展,这对齿轮承载能力提出了更高的要求。弯曲疲劳强度作为评价承载能力的一项重要指标直接决定齿轮服役寿命,因此有必要对影响齿轮弯曲疲劳特性的因素进行研究和疲劳基础数据的积累。本文针对材料为18CrNiMo7-6的齿轮以试验法和有限元分析法为基础研究该种材料的弯曲疲劳强度和啮合齿轮的疲劳特性,主要研究内容如下：(1)基于常规成组法,在高频疲劳试验机上进行了齿轮弯曲疲劳试验,对由30°切线法确定的危险截面处齿根应力公式中各项参数进行推导计算,得到各载荷级下的齿根弯曲应力。(2)运用数理统计原理对试验获得的寿命样本数据进行处理,确定了齿轮疲劳寿命服从对数正态分布,利用最小二乘法拟合齿轮的R-S-N曲线,得到了不同可靠度下的齿轮弯曲疲劳极限应力。(3)在ANSYS Workbench中进行齿轮啮合瞬态动力学分析,得到齿轮在啮合过程中随时间变化的应力数据,为齿轮疲劳寿命仿真提供所需要的载荷信息。(4)以名义应力疲劳分析法为理论基础,借助于虚拟疲劳分析软件nCode Designlife对啮合齿轮进行了疲劳仿真分析,得到了齿轮最薄弱位置处的疲劳寿命。通过对比仿真数据与试验数据,认为基于数值模拟技术研究齿轮疲劳特性具有研究价值。
【关键词】：齿轮弯曲疲劳 试验 对数正态分布 瞬态动力学分析
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 符号清单7-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 课题研究背景及其意义14-15
• 1.1.1 课题研究背景14-15
• 1.1.2 课题来源及意义15
• 1.2 疲劳研究概述15-18
• 1.2.1 疲劳强度理论发展概述15-17
• 1.2.2 有限元在疲劳设计应用现状概述17-18
• 1.3 齿轮弯曲疲劳强度研究概述18-20
• 1.3.1 齿轮弯曲强度试验概述18-19
• 1.3.2 齿轮疲劳寿命研究概述19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 第二章 齿轮弯曲疲劳试验21-33
• 2.1 试验方法21-23
• 2.1.1 试验机21-22
• 2.1.2 加载方式22-23
• 2.1.3 加载水平23
• 2.1.4 失效判据23
• 2.2 试验齿轮23-25
• 2.2.1 试验齿轮组织23-24
• 2.2.2 材料机械性能24
• 2.2.3 齿轮基本参数24-25
• 2.3 齿根应力计算25-32
• 2.3.1 齿根应力计算公式26-28
• 2.3.2 公式中各系数值28-32
• 2.4 应力计算结果32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 弯曲疲劳试验数据处理33-53
• 3.1 数据处理统计学基础33-37
• 3.1.1 疲劳试验常用分布函数33-35
• 3.1.2 分布函数参数估计35-37
• 3.1.3 疲劳试验样本容量的确定37
• 3.2 疲劳可靠性设计37-43
• 3.2.1 累积失效概率38
• 3.2.2 疲劳寿命分布函数拟合38-40
• 3.2.3 分布函数的拟合优度检验40
• 3.2.4 可靠寿命40-43
• 3.3 疲劳寿命试验数据处理43-52
• 3.3.1 定应力水平下的寿命分布44-48
• 3.3.2 定应力下不同可靠度的S-N曲线拟合48-49
• 3.3.3 定寿命下应力分布49-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 齿轮啮合瞬态动力学仿真分析53-67
• 4.1 ANSYS Workbench软件介绍53-55
• 4.2 瞬态动力学基础55-57
• 4.2.1 瞬态动力学方程55-57
• 4.2.2 瞬态动力学求解方法57
• 4.3 齿轮瞬态动力学分析57-66
• 4.3.1 渐开线齿轮三维模型58-59
• 4.3.2 有限元分析模型59-63
• 4.3.3 有限元结果分析63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 传动齿轮疲劳特性仿真分析67-79
• 5.1 疲劳理论67-71
• 5.1.1 疲劳损伤理论67-69
• 5.1.2 疲劳设计方法69-71
• 5.2 齿轮疲劳寿命仿真71-75
• 5.2.1 nCode DesignLife71
• 5.2.2 疲劳寿命仿真参数71-74
• 5.2.3 疲劳寿命结果分析74-75
• 5.3 压力角对齿轮疲劳特性影响探讨75-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 全文总结79
• 6.2 展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 在学期间发表的学术论文和参加科研项目86

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1 程国明;郑耘;;对齿轮材料的研究[J];消费导刊;2010年08期

2 М.П.НОВИКОВ ,程┌

本文编号：251193