齿根裂纹对直齿轮啮合刚度的影响研究
发布时间:2022-01-06 15:05
以渐开线直齿圆柱齿轮啮合副为研究对象,采用有限元法计算了含齿根裂纹的故障齿的啮合刚度,分析了齿面接触应力分布特性,载荷的齿向分配特征以及载荷在齿面上随裂纹深度与裂纹角度变化时的分配比例关系,对比研究了齿根裂纹深度和裂纹角度变化对齿轮啮合刚度的影响。计算结果表明:裂纹深度引起的啮合刚度变化相比裂纹角度引起的刚度变化明显,单齿啮合状态下刚度的变化更为突出;裂纹深度相比裂纹角度载荷分配系数变化剧烈;裂纹深度与裂纹角度引起的齿面应力变化相比正常齿显著;齿面间载荷分配呈非线性变化。
【文章来源】:机械设计与制造. 2020,(07)北大核心
【文章页数】:5 页
【部分图文】:
齿轮副啮合原理图
根据渐开线直齿轮模型进行刚度相关计算,其计算总流程,如图2所示。首先UG建立渐开线齿轮副模型,导入ANSYS定义边界条件,进行静态齿轮啮合分析;其次调取啮合齿面形变量以及轮齿接触面等效应力。最后,通过数值计算方法求解啮合刚度,绘制啮合刚度曲线。由于轮齿接触齿面间存在间隙,轮齿发生变形后才能使齿面接触,这对定义接触面具有一定要求[13]。此时需多次求解,获取轮齿形变量Δε,若轮齿间的初间隙ε<Δε时,齿轮接触区域需重新定义,ε>Δε,继续计算齿轮刚度。将获取的轮齿变形量依据刚度定义进行相关计算得到啮合刚度,在ORIGIN中完成曲线的绘制,讨论刚度变化及原因。
将渐开线齿轮副啮合模型导入ANSYS中,选择的齿轮材料为合金钢,E=2.0×1011Pa,υ=0.3,ρ=7850kg/m3。有限元分析模型,如图3所示。主动轮施加节点力形成扭矩。网格划分过程中,本论文选择采用六面体网格,该网格计算量少,计算精度高同时使用扫掠方式划分。对于啮合齿采用密化网格,提高精度。针对齿轮内圈以及非接触区域采用稀疏划分方式,缩短求解时间,减少计算量。对轮齿内圈采用均匀划分,便于载荷均匀分配在内圈每个节点上。齿轮副在外载荷作用下,轮齿啮合时产生一定的形变,主动轮产生微小转角。设θ为主动轮转动的微小转角
【参考文献】:
期刊论文
[1]考虑齿面接触特性的直齿轮啮合刚度研究[J]. 陈锐博,张建杰,周建星,孙文磊. 机械传动. 2016(10)
[2]一种面齿轮传动时变啮合刚度数值计算方法[J]. 雷敦财,唐进元. 中国机械工程. 2014(17)
[3]齿轮轮齿误差对啮合刚度影响规律研究[J]. 郑雅萍,吴立言,常乐浩,丁云飞. 机械传动. 2014(05)
[4]齿轮动态啮合过程应力仿真与分析[J]. 贺朝霞,周建星. 机械传动. 2013(09)
[5]故障齿轮啮合刚度综合计算方法[J]. 崔玲丽,张飞斌,康晨晖,胥永刚,高立新. 北京工业大学学报. 2013(03)
[6]直齿面齿轮加载啮合有限元仿真分析[J]. 唐进元,刘艳平. 机械工程学报. 2012(05)
[7]齿轮时变啮合刚度改进计算方法[J]. 李亚鹏,孙伟,魏静,陈涛. 机械传动. 2010(05)
[8]基于线性规划法的齿轮啮合刚度与载荷分布计算的改进方法[J]. 卜忠红,刘更,吴立言,刘增民. 机械科学与技术. 2008(11)
[9]裂纹故障对齿轮传动系统动力特性的影响[J]. 张延超,邵忍平,刘宏昱. 机械设计与制造. 2006(10)
[10]国外齿轮系统动态特性的统计分析[J]. 李润方,王建军. 机械传动. 1995(04)
硕士论文
[1]球轴承—螺旋锥齿轮系统多体动力学分析[D]. 熊涛.昆明理工大学 2016
[2]齿轮刚度计算及其有限元分析[D]. 王龙宝.江苏大学 2007
本文编号:3572674
【文章来源】:机械设计与制造. 2020,(07)北大核心
【文章页数】:5 页
【部分图文】:
齿轮副啮合原理图
根据渐开线直齿轮模型进行刚度相关计算,其计算总流程,如图2所示。首先UG建立渐开线齿轮副模型,导入ANSYS定义边界条件,进行静态齿轮啮合分析;其次调取啮合齿面形变量以及轮齿接触面等效应力。最后,通过数值计算方法求解啮合刚度,绘制啮合刚度曲线。由于轮齿接触齿面间存在间隙,轮齿发生变形后才能使齿面接触,这对定义接触面具有一定要求[13]。此时需多次求解,获取轮齿形变量Δε,若轮齿间的初间隙ε<Δε时,齿轮接触区域需重新定义,ε>Δε,继续计算齿轮刚度。将获取的轮齿变形量依据刚度定义进行相关计算得到啮合刚度,在ORIGIN中完成曲线的绘制,讨论刚度变化及原因。
将渐开线齿轮副啮合模型导入ANSYS中,选择的齿轮材料为合金钢,E=2.0×1011Pa,υ=0.3,ρ=7850kg/m3。有限元分析模型,如图3所示。主动轮施加节点力形成扭矩。网格划分过程中,本论文选择采用六面体网格,该网格计算量少,计算精度高同时使用扫掠方式划分。对于啮合齿采用密化网格,提高精度。针对齿轮内圈以及非接触区域采用稀疏划分方式,缩短求解时间,减少计算量。对轮齿内圈采用均匀划分,便于载荷均匀分配在内圈每个节点上。齿轮副在外载荷作用下,轮齿啮合时产生一定的形变,主动轮产生微小转角。设θ为主动轮转动的微小转角
【参考文献】:
期刊论文
[1]考虑齿面接触特性的直齿轮啮合刚度研究[J]. 陈锐博,张建杰,周建星,孙文磊. 机械传动. 2016(10)
[2]一种面齿轮传动时变啮合刚度数值计算方法[J]. 雷敦财,唐进元. 中国机械工程. 2014(17)
[3]齿轮轮齿误差对啮合刚度影响规律研究[J]. 郑雅萍,吴立言,常乐浩,丁云飞. 机械传动. 2014(05)
[4]齿轮动态啮合过程应力仿真与分析[J]. 贺朝霞,周建星. 机械传动. 2013(09)
[5]故障齿轮啮合刚度综合计算方法[J]. 崔玲丽,张飞斌,康晨晖,胥永刚,高立新. 北京工业大学学报. 2013(03)
[6]直齿面齿轮加载啮合有限元仿真分析[J]. 唐进元,刘艳平. 机械工程学报. 2012(05)
[7]齿轮时变啮合刚度改进计算方法[J]. 李亚鹏,孙伟,魏静,陈涛. 机械传动. 2010(05)
[8]基于线性规划法的齿轮啮合刚度与载荷分布计算的改进方法[J]. 卜忠红,刘更,吴立言,刘增民. 机械科学与技术. 2008(11)
[9]裂纹故障对齿轮传动系统动力特性的影响[J]. 张延超,邵忍平,刘宏昱. 机械设计与制造. 2006(10)
[10]国外齿轮系统动态特性的统计分析[J]. 李润方,王建军. 机械传动. 1995(04)
硕士论文
[1]球轴承—螺旋锥齿轮系统多体动力学分析[D]. 熊涛.昆明理工大学 2016
[2]齿轮刚度计算及其有限元分析[D]. 王龙宝.江苏大学 2007
本文编号:3572674
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