渐开线齿轮齿根疲劳断裂特性分析

发布时间：2020-05-12 23:42

【摘要】： 齿轮是机械传动中最重要的零部件之一。随着工业的发展,对齿轮传动的使用寿命、传动效率、结构设计等都提出了更高的要求。齿轮在传动过程中经常发生齿根疲劳断裂等一系列的失效现象,严重影响了生产的正常进行。本文以渐开线齿轮为研究对象,分析了在弯曲应力下产生齿根疲劳断裂现象时三维断裂力学特性,为进一步研究齿轮失效和安全设计打下理论基础。在应力强度因子的计算过程中,从线弹性断裂力学的角度出发,结合边界元思想,在断裂分析软件FRANC3D中计算了三维齿根疲劳裂纹前缘不同位置的三种应力强度因子,分析了应力强度因子值的变化规律和对疲劳裂纹扩展趋势的影响。在研究齿根疲劳裂纹扩展轨迹分析中,介绍了疲劳破坏与扩展机理、复合型裂纹扩展机理以及利用边界元数值方法模拟三维裂纹扩展的相关理论,根据这些理论,在FRANC3D中分步模拟了裂纹的扩展,并分析了齿根初始裂纹位置对裂纹疲劳扩展的影响。在齿轮疲劳寿命分析中,基于疲劳寿命近似等于安全寿命和裂纹扩展寿命之和的思想,用安全寿命分析方法,在ANSYS软件中计算了齿轮安全寿命,用断裂力学理论中的损伤容限设计方法,在FRANC3D中计算了齿根疲劳裂纹的扩展寿命。进行了相关的试验,试验结果与理论结果比较吻合。
【图文】：

齿轮轮齿,失效形式

、点蚀、胶合和塑性变形等形式（如图 1.1）。其中齿轮飞行器动力传动系统设计中，为了减轻重量，大量采用构在减重的同时也降低了齿轮的弯曲疲劳寿命，存在潜动力的继续传递，而穿过轮缘的齿根裂纹则可能给飞行的断裂特性，针对齿轮结构优化设计、抗断裂设计提高命、保障机器的安全运行是十分必要的。很多，，主要有齿根弯曲疲劳折断、齿根过渡部分的截面、严重磨损后齿厚过分减薄等。经有关学者研究发现轮集中而萌生微观小裂纹并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断此必须引起足够的重视，有必要对齿轮的疲劳断裂现象齿轮结构进行优化设计、抗断裂设计，以有利于提高传障机器的安全运行。本文从断裂力学角度出发，采用边度因子的计算方法，从理论出发对齿根疲劳裂纹的扩展齿根疲劳裂纹扩展趋势的影响，基于上述过程的分析结题，为齿轮结构优化设计、抗断裂设计和安全设计打下

断裂力学,设计范围

图 2.1 断裂力学设计范围图 2.2 断裂力学中裂纹的三种基本状态受正应力和剪应力作用，这是 I 和 III 型同时存在，称为复合型况下三维齿根疲劳断裂可能产生的是 III 和 III 型的复合裂纹以分为以下 3 种基本状态：：贯穿构件厚度的裂纹，通常把裂纹延伸到构件厚度一半以上想裂纹处理，即假定裂尖的曲率半径趋近于 0。纹：裂纹位于构件表面或裂纹深度相对于构件的厚度较小。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41

【引证文献】