斜齿轮裂纹扩展分析与故障诊断试验研究

发布时间：2017-09-26 00:00

  本文关键词：斜齿轮裂纹扩展分析与故障诊断试验研究

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【摘要】：本文以斜齿轮传动装置为研究对象，对斜齿轮三维齿根裂纹的扩展路径进行了探讨，还针对无齿根裂纹及不同裂纹深度的情况进行了啮合刚度的变化分析和试验研究。主要研究工作如下: （1）利用三维建模软件UG对二级斜齿轮传动装置进行参数化建模，使用ABAQUS软件应用扩展有限元理论XFEM模拟了斜齿轮三维齿根处的裂纹扩展路径，验证了斜齿轮齿根裂纹的扩展路径不同于直齿轮的齿根裂纹扩展。斜齿轮的裂纹扩展分为向齿宽和齿厚两个方向扩展，直齿轮齿根裂纹扩展是齿的两端面沿同一方向扩展，直至整个齿从齿根处发生断裂。 （2）利用仿真软件创建了无齿根裂纹的斜齿轮副模型和含不同深度裂纹轮齿的斜齿轮副模型。根据ABAQUS后处理仿真数据绘制了健康无裂纹轮齿及含不同深度的齿根裂纹轮齿的啮合刚度在一个啮合周期内随时间变化的曲线，并对不同深度的齿根裂纹对单轮齿刚度及整个齿轮模型综合啮合刚度所造成的影响进行了研究，阐述了造成这种影响的原因。 （3）使用相对简单的线切割手段制作了实验齿轮齿根裂纹，自主制作了振动测试试验台，利用动态数据采集测试仪获取了健康齿轮、含不同深度的齿根裂纹轮齿的箱体振动信号。首先对获取的齿轮振动信号进行了时域分析，，得到了不同裂纹深度的时域相关特征；其次运用频谱分析方法对获取的箱体振动信号进行了频谱分析，得到了不同裂纹深度的频域特征。 （4）介绍了本文试验所应用的试验数据处理原理与方法，根据相关方法对所获得的数据进行处理，提出了裂纹深度与箱体振动信号频谱幅值的关系式，并给出了裂纹深度与箱体振动信号频谱图中啮合频率及其谐频幅值的一般表达式，为后续研究裂纹问题提供了一种借鉴方法。
【关键词】：斜齿轮 裂纹 XFEM扩展 啮合刚度 故障诊断
【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;TH165.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.1.1 课题研究的背景10-11
• 1.1.2 课题研究的意义11-12
• 1.2 基于扩展有限元 XFEM 的裂纹扩展研究介绍12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国内扩展有限元 XFEM 的发展13-14
• 1.3.2 国外扩展有限元 XFEM 的发展14-15
• 1.4 齿轮裂纹的其他研究方法15
• 1.5 本文研究内容15-18
• 第2章 基于 XFEM 的裂纹扩展路径研究18-32
• 2.1 扩展有限元 XFEM 相关理论18-20
• 2.1.1 线弹性断裂力学基础18
• 2.1.2 裂纹问题的基本模型18-19
• 2.1.3 裂纹开裂判据19-20
• 2.2 斜齿轮模型的建立20-21
• 2.3 网格的划分21
• 2.4 基于 ABAQUS 的裂纹扩展模拟操作步骤21-26
• 2.5 裂纹扩展路径的探讨26-30
• 2.5.1 齿根裂纹路径26-29
• 2.5.2 分度圆裂纹模拟29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 含齿根裂纹的斜齿轮啮合刚度研究32-48
• 3.1 斜齿轮有限元模型的创建32-35
• 3.1.1 斜齿轮网格模型的建立32-33
• 3.1.2 ABAQUS 有限元分析前处理33-35
• 3.2 含裂纹齿轮模型的创建35
• 3.3 有限元仿真研究35-41
• 3.3.1 齿轮接触应力的研究36-37
• 3.3.2 齿对接触力的分析37-39
• 3.3.3 斜齿轮综合弹性变形的分析研究39-41
• 3.4 斜齿轮啮合刚度的研究41-44
• 3.4.1 啮合刚度的含义41-42
• 3.4.2 单齿啮合刚度42-43
• 3.4.3 单齿综合啮合刚度43
• 3.4.4 多齿综合啮合刚度43-44
• 3.5 不同深度齿根裂纹对齿轮啮合刚度的影响44-45
• 3.6 本章小结45-48
• 第4章 斜齿轮裂纹试验研究48-74
• 4.1 试验的设计48-51
• 4.1.1 振动测试试验台的设计48-49
• 4.1.2 斜齿轮齿根裂纹的产生49-50
• 4.1.3 传感器的使用50-51
• 4.1.4 动态数据采集测试仪51
• 4.2 测试振动信号的采集51-54
• 4.3 振动信号的分析54-55
• 4.4 试验数据处理所用方法及原理55-61
• 4.4.1 一元多项式回归55-56
• 4.4.2 一元线性回归效果的检验56-58
• 4.4.3 多元线性回归分析58-61
• 4.5 试验数据统计与处理61-72
• 4.5.1 试验数据统计61-64
• 4.5.2 试验数据处理64-72
• 4.6 本章小结72-74
• 第5章 结论与展望74-76
• 5.1 结论74-75
• 5.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 作者简介及科研成果80-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：920281