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准双曲面齿轮建模与接触疲劳分析

张成林  
【摘要】: 本文的工作是上汽通用五菱汽车股份有限公司课题“后桥总成可靠性及噪声性能优化研究”的重要组成部分。本文通过雨流计数法统计了微型轿车各工况实测载荷时间历程,编制了后桥减速器总成的输入扭矩载荷谱;建立了准双曲面齿轮三维模型,通过接触有限元分析,将扭矩谱转换成应力谱;采用疲劳分析方法,进行了准双曲面齿轮的接触疲劳寿命分析。本文的主要研究内容如下: (1)分析准双曲面齿轮的加工过程,计算准双曲面齿轮的切齿参数,求解准双曲面齿轮的齿面方程,建立准双曲面齿轮的三维模型。 (2)对微型轿车后桥减速器总成的主被动齿轮(准双曲面齿轮副)各工况的输入扭矩实测载荷谱进行雨流计数,用概率知识统计分析了各工况载荷幅值与均值的分布规律。 (3)引入模糊综合评判知识,综合考虑载荷谱编制的硬件条件、实验设备条件、实验材料性能、载荷谱谱型等各个因素,充分发挥专家的经验特长,计算出小载荷截除标准值。 (4)研究各级路面载荷谱的谱型,在传统的八级载荷谱编谱方法基础上,实现载荷分级,充分考虑载荷循环的位置,编制了考虑载荷顺序效应的载荷谱。 (5)采用有限元法进行准双曲面齿轮齿面接触应力的数值模拟,比较有限元计算结果与理论计算结果的差异,判断所建立的三维模型符合分析精度。建立了相应疲劳寿命分析的应力谱。 (6)以材料的P-S-N疲劳曲线为基础,考虑应力集中系数、尺寸系数和表面加工系数等横向因素的影响,结合等寿命曲线,拟合P-Sa-Sm-N疲劳曲面方程;运用二维模糊Miner法进行准双曲面齿轮的接触疲劳寿命预测。研究了准双曲面齿轮安装工艺(安装偏置、同轴度、撑开量)对疲劳寿命预测结果的影响。


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