基于显式动力学的齿轮疲劳寿命预测与故障分析

发布时间：2017-05-27 04:03

  本文关键词：基于显式动力学的齿轮疲劳寿命预测与故障分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮作为当今机械行业运用最为广泛的传动零件,运行过程中出现故障导致的失效,一直是威胁设备的安全性及可靠性的主要隐患,因此关于齿轮系统的故障机理的相关研究就变得尤为重要,但是在实际情况下齿轮系统在运行过程中复合了内部激励与外部激励等复杂条件,给接下来的机理研究带来了极大困难。所以,对齿轮系统进行合理有效的仿真分析具有重要的理论研究价值及实际工程价值。论文在显式动力学基础上,以闭式齿轮箱为研究对象,介绍了对齿轮系统进行显式分析的主要步骤,提出了运用动力松弛法对齿轮显式分析过程进行优化的方法。结合显式分析方法提出了闭式齿轮箱的疲劳寿命预测方法模型。利用该模型分析不同重合度、模数、供油情况对疲劳寿命的影响。利用显式分析研究了故障齿轮的时变啮合刚度特性,并对对应故障特征下的动力学响应进行观察分析。主要工作内容如下：1.针对轻载齿轮显式动态分析仿真中齿轮系统起步阶段经常出现的系统高频振荡问题,提出运用动力松弛理论消除齿轮系统仿真过程中因初始加载产生的系统振荡。2.利用局部应力应变法对齿根弯曲疲劳寿命进行估算。介绍了局部应力应变法的求解步骤,将显式分析结果代入疲劳分析平台nCode,由雨流计数法确定载荷块的设定,最终得到齿根弯曲疲劳寿命估值。3.建立等温润滑条件下考虑冲击载荷、供油条件因素的渐开线直齿轮接触疲劳寿命模型,模型由润滑接触分析数学模型和有限元显式分析模型组成。4.利用前文的方法分析了重合度、模数、供油情况的变化对轮齿疲劳寿命的影响,由于运用了显式动态分析,相比传统的数学模型能够更好地反映出系统动态特性对疲劳寿命的影响。5.最后提出利用显式动态仿真分析绘制轮齿的时变啮合刚度曲线,建立6自由度齿轮系统动力学模型,分别分析了齿根裂纹以及齿面剥落对刚度特性以及动力学特征并以齿根裂纹为研究对象通过实验对动力学响应结果进行分析。
【关键词】：闭式齿轮箱 显式分析 疲劳寿命 时变啮合刚度 动力学响应
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 齿轮的疲劳寿命分析研究概况12-13
• 1.2.2 齿轮系统动力学对齿轮故障行为研究的概况13-15
• 1.2.3 显示动力学在齿轮仿真中的应用概况15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 齿轮分析中显式动力学的改进及应用17-33
• 2.1 ANSYS/LS-DYNA在齿轮仿真分析中的应用18-20
• 2.2 齿轮的参数化建模20-22
• 2.3 动力松弛法的应用22-24
• 2.4 动力松弛法在齿轮动态仿真中的关键技术24-25
• 2.5 动力松弛的实现25-28
• 2.6 分析结果的正确性及收敛性分析28-31
• 2.6.1 结果的正确性分析28-29
• 2.6.2 结果的收敛性分析29-31
• 2.7 本章小结31-33
• 第三章 闭式齿轮箱的疲劳寿命分析模型及其改进33-59
• 3.1 弯曲疲劳寿命分析33-49
• 3.1.1 弯曲疲劳寿命估算方法33-37
• 3.1.2 齿轮载荷谱及其统计处理37-41
• 3.1.3 齿轮弯曲疲劳寿命的估算41-49
• 3.2 接触疲劳寿命分析49-58
• 3.2.1 接触疲劳寿命估算方法50-51
• 3.2.2 齿轮副接触疲劳寿命分析及改进51-58
• 3.3 本章小结58-59
• 第四章 改进后模型的疲劳寿命影响因素分析59-69
• 4.1 重合度的影响59-62
• 4.2 模数的影响62-65
• 4.3 供油情况的影响65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 疲劳失效下的动力学特征69-91
• 5.1 时变啮合刚度的提取69-80
• 5.1.1 能量法绘制时变啮合刚度曲线71-75
• 5.1.2 石川法绘制时变啮合刚度曲线75-77
• 5.1.3 显式分析绘制时变啮合刚度曲线77-78
• 5.1.4 时变啮合刚度曲线78-80
• 5.2 齿轮系统动力学模型的建立及求解80-86
• 5.3 齿根裂纹故障诊断试验86-89
• 5.3.1 试验平台及实验方案86-87
• 5.3.2 实验结果分析87-89
• 5.4 本章小结89-91
• 第六章 总结与展望91-93
• 6.1 总结91
• 6.2 展望与不足91-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-101
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨生华;齿轮接触有限元分析[J];计算力学学报;2003年02期

  本文关键词：基于显式动力学的齿轮疲劳寿命预测与故障分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：398755