直齿圆柱齿轮及其裂纹故障的动态特性分析与数值模拟

发布时间：2020-06-13 00:43

【摘要】： 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的传动机构。其中,齿轮作为承受载荷和传递动力的主要承担者,在工程中常会遇到裂纹、断裂、振动等情况,因此,有必要对齿轮系统的运动学、动力学行为进行研究和分析。本文基于三维建模软件Pro/E,构建了直齿圆柱齿轮的三维参数化模型,并将其导入机械系统动力学仿真软件ADAMS中,在ADAMS中建立齿轮的虚拟样机模型,对此样机模型进行动力学仿真,得到转速、轮齿啮合力等参数特性曲线,对其进行分析,为动态特性优化提供理论指导。 随着工业的迅速发展,对齿轮传动装置的承载能力提出了更高的要求,而齿轮的接触疲劳强度是评价齿轮承载能力的一个重要尺度。目前已经广泛采用有限元法对齿轮传动强度进行分析计算。本文利用Pro/E与ANSYS接口技术和ANSYS软件,对Pro/E中设计的具体渐开线直齿圆柱齿轮在一定载荷作用下的应力状态进行了有限元仿真分析。研究结果对齿轮模型库的开发、改进和优化齿轮设计具有一定的参考价值。 而随着对机械系统可靠性和安全性要求的不断提高,人们对机械元件和系统的故障诊断的研究越来越重视。本文建立了裂纹齿轮结构的三维有限元动力学模型,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的齿轮动力特性(固有频率、振型等),并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟。指出裂纹尺寸和位置对于齿轮的固有频率和振型都有影响,当出现裂纹后固有频率发生下降,振型也发生变化。而裂纹位置对固有频率和振型影响大于裂纹尺寸的影响,当裂纹位于齿根处时齿轮固有频率下降较大。当裂纹位于分度圆处时齿轮固有频率下降较小。当裂纹出现后齿轮体的振型明显不同于无裂纹时的振型。在裂纹附近振动的振幅增大。并且齿轮体的动态应力也发生变化,与无裂纹的齿轮结构动力特性完全不同。这些结论对有效地进行齿轮裂纹故障分析提供了理论依据,对机械传动系统的故障发生机理研究具有一定的实用价值。
【图文】：

太原理工大学硕士研究生学位论文1一v矛1一v子‘一--一二‘+一--:二双E:_11区+丛4FEIEZ劝1P4F一劝压力(N);b为接触线长度(mm);v，、v2为柱体材料的弹性模量(别甲口);p为当量曲率，，={只+只)一‘、/I’l/I’2/

建立模型的关键是确定精确的渐开线和过渡曲线[40，’l]。3.3.1轮齿渐开线的数学描述渐开线是由一条线段绕齿轮基圆旋转形成的曲线。渐开线的几何分析如图3一1所图3一1渐开线的几何分析Fig3一 1Thegeometrieanalysisofinvolute根据渐开线的形成过程，可得渐开线的极坐标参数方程为:{乓=几 /cosak久=inva*二tga*一气(3一l)式中，几为基圆半径;乓为渐开线上K点的向径;a*为K点的压力角;氏为K点的展角，是压力角a*的渐开线函数，工程上用inva*表示久。建立直角坐标，则渐开线的方程为:{ x=rbsln口、一rba;cosa， y=rbcosa*+rba*sina*(3一2)给定基圆半径rb，应用上式(3一l)
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH132.41

【引证文献】

相关期刊论文 前1条

1 徐丹;谢友浩;刘后广;程刚;刘晓乐;;基于ADAMS的大功率采煤机高速区齿轮裂纹故障分析[J];制造业自动化;2015年02期

相关博士学位论文 前1条

1 李伟;基于虚拟样机技术的矿用重载减速器故障模拟研究[D];中国矿业大学(北京);2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 孟淼;自升式海洋平台的齿轮齿条强度分析及动力学研究[D];江苏科技大学;2017年

2 王屹立;含裂纹行星齿轮传动动力学特性研究[D];重庆大学;2017年

3 郇立荣;含故障的半直驱风电行星齿轮传动系统动力学研究[D];昆明理工大学;2017年

4 杨帆;点线啮合齿轮齿廓修形的研究[D];武汉理工大学;2017年

5 杜小亮;特大型齿W吊装工艺技术研究与分析[D];西安建筑科技大学;2015年

6 李静;基于ANSYS的变位齿轮强度分析[D];西北农林科技大学;2013年

7 王佳;基于模态分析与信息熵的齿轮箱故障诊断研究[D];中北大学;2013年

8 霍立新;大型冷却塔风机故障分析诊断及监控技术研究[D];天津科技大学;2013年

9 胡磊;齿轮箱振动响应分析与诊断技术研究[D];武汉理工大学;2012年

10 王雪瑶;基于齿轮啮合动力学的工业减速器齿轮齿廓修形理论研究[D];合肥工业大学;2012年

本文编号：2710358