含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性分析

发布时间：2017-05-06 01:03

  本文关键词：含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动以其结构紧凑、传动准确、传动效率高、承载能力强等优点被广泛应用于装备制造业，是无法替代的机械传动形式。齿轮箱高速、重载运行，轮齿承受循环载荷产生的齿根弯曲应力过大时，齿根最大切向拉应力处将产生裂纹并逐步扩展，最后造成轮齿折断，影响机械设备的正常运行。因此，了解齿根裂纹缺陷形成的原因，掌握裂纹缺陷齿轮系统的动态特性，对于认识齿根裂纹缺陷的故障机理，实现故障监测、识别和诊断具有一定的理论意义和潜在工程应用价值。 本文部分研究内容依托国家自然科学基金面上项目（No.51075179）开展。全文运用振动分析的方法，对含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性问题开展了相关研究。论文主要研究内容包括： (1)基于标准渐开线方程与展成原理形成的齿根过渡曲线方程，采用能量法推导了考虑齿根过渡曲线的完整齿形圆柱直齿轮副啮合刚度计算公式；分析了五种刚度的变化规律，，单双齿啮合时啮合刚度的关系；并与ISO公式草案和回归近似法计算结果对比，验证了本方法。 (2)考虑齿根裂纹缺陷对轮齿标准渐开线齿廓和齿根过渡曲线弯曲刚度、径向压缩刚度和剪切刚度的影响，推导齿根裂纹深度不超过半齿厚时的啮合刚度计算公式。运用ABAQUS软件对含裂纹轮齿进行有限元分析，计算啮合刚度；对比验证含齿根裂纹缺陷齿轮副啮合刚度的理论计算方法。结果显示，随着啮合位置的不同和裂纹深度的不同，含裂纹轮齿的啮合刚度都存在不同程度减小。 (3)总结常用的齿轮副二自由度、四自由度和六自由度动力学模型，分析各模型特点和适用范围；考虑齿轮副啮合阻尼，齿面库伦摩擦，建立本文六自由度动力学模型。 (4)分别在时域和频域内对比不含齿面摩擦和含齿面摩擦的动力学模型，不同裂纹深度的含齿面摩擦动力学模型，单齿裂纹、双齿裂纹和三齿裂纹缺陷动力学模型的加速度特性、摩擦特性等动态振动特性。结果表面，随着裂纹轮齿进入/退出啮合，振动加速度等特性在时域内出现周期性的振荡；裂纹深度对振荡幅值影响较大；裂纹的存在导致啮合线方向振动加速度在高频段出现边频带，啮合线法线方向振动加速度全频段均出现边频带，且裂纹深度越大，边频带越明显。
【关键词】：齿轮系统 齿根裂纹 时变啮合刚度 动态特性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 含故障的齿轮系统相关研究现状12-17
• 1.2.1 齿轮时变啮合刚度计算研究现状12-14
• 1.2.2 齿轮系统动力学模型研究现状14-16
• 1.2.3 齿轮系统故障信号分析研究现状16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 考虑精确齿廓线的直齿轮副时变啮合刚度计算19-35
• 2.1 齿轮时变啮合刚度计算方法19-22
• 2.1.1 ISO 公式草案19-20
• 2.1.2 有限元法20
• 2.1.3 回归近似法20-21
• 2.1.4 理论计算法21-22
• 2.2 完整齿形齿轮副时变啮合刚度计算22-30
• 2.2.1 考虑加工过程的精确齿廓线参数方程22-24
• 2.2.2 赫兹接触与基体弹性变形刚度计算24-26
• 2.2.3 径向压缩、弯曲、剪切刚度计算26-28
• 2.2.4 相关角度参数计算28-29
• 2.2.5 单齿与双齿啮合刚度计算29-30
• 2.3 完整齿形时变啮合刚度数值分析30-34
• 2.3.1 单齿刚度分析30-32
• 2.3.2 综合啮合刚度分析32-33
• 2.3.3 各方法综合刚度对比33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 含齿根裂纹的齿轮副时变啮合刚度计算35-49
• 3.1 含齿根裂纹缺陷的齿轮副啮合刚度理论计算35-41
• 3.1.1 齿根裂纹的表达35-36
• 3.1.2 含裂纹轮齿啮合刚度计算36-39
• 3.1.3 齿根裂纹对刚度的影响39-41
• 3.2 含齿根裂纹缺陷的齿轮副啮合刚度有限元计算41-48
• 3.2.1 建立有限元分析模型及其前处理42-45
• 3.2.2 轮齿接触非线性有限元分析45-46
• 3.2.3 有限元计算与理论计算刚度对比46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第4章 齿轮系统动力学模型的建立49-59
• 4.1 齿轮副振动动力学模型49-52
• 4.1.1 二自由度动力学模型49-50
• 4.1.2 四自由度动力学模型50-51
• 4.1.3 六自由度动力学模型51-52
• 4.2 动力学模型关键参数的确定52-58
• 4.2.1 啮合阻尼52-54
• 4.2.2 静态传动误差54
• 4.2.3 齿面摩擦54-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 含齿根裂纹缺陷的齿轮副动态特性分析59-71
• 5.1 含齿面摩擦的完整齿形齿轮副动态特性分析59-61
• 5.1.1 齿面摩擦力59-60
• 5.1.2 角速度特性60-61
• 5.1.3 齿面摩擦引起径向运动61
• 5.2 单齿齿根裂纹缺陷的齿轮副动态特性分析61-66
• 5.2.1 沿啮合线方向加速度特性61-64
• 5.2.2 动态啮合力特性与传动误差特性64-66
• 5.2.3 齿面滑动摩擦特性66
• 5.3 多齿齿根裂纹缺陷的齿轮副动态特性分析66-70
• 5.3.1 沿啮合线方向加速度特性67-68
• 5.3.2 齿面滑动摩擦特性68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71
• 6.2 研究展望71-73
• 参考文献73-79
• 作者简介及主要科研成果79-80
• 致谢80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 樊嘉峰;邓铁松;苏钊颐;李夫忠;;分度圆裂纹齿轮副动态特性及故障诊断[J];机车电传动;2016年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 叶舟;齿轮故障状态下MW级风电机组传动系统动态特性及关键部件有限元分析[D];兰州理工大学;2016年

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本文编号：347409