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齿轮啮合动力学特性研究与故障模拟

胡雄  
【摘要】:齿轮传递动力和扭矩是工程实践中最常用的传动方式之一,是各种各样工业设施中应用最为广泛的动力和运动传递装置之一,广泛应用于机械、建筑、船舶、电子、航空航天等领域。齿轮在运转工作的过程中,经常伴随着疲劳、磨损、点蚀、蠕变等多种故障的发生,出现故障后的齿轮对传动系统的经济性能和使用性能具有很大的影响。因此,面向多故障齿轮传动系统动力学分析和仿真的研究具有重要的理论意义和实践价值。本文以CL-100型齿轮试验机测量齿面磨损状况试验中的直齿变位圆柱齿轮传动为研究对象,基于有限元技术对变位齿轮传动系统进行了模态特性和齿轮接触动力学计算,并仿真分析齿面点蚀及剥落对齿轮动力学特性的影响,为多故障齿轮传动系统的结构改进和优化设计提供理论基础。主要研究内容如下:(1)分析齿轮轮齿表面接触疲劳剥落的故障机理。(2)应用PRO/E建模软件完成齿轮传动系统的三维建模,并实现对齿轮的参数化建模:包括齿数、模数、压力角、变位系数、齿厚、齿宽等结构参数。(3)利用有限元分析技术对齿轮传动的动力学特性进行分析。基于HyperMesh前处理软件,将PRO/E中建立的齿轮传动模型导入HyperMesh软件并完成模型有限元网格划分等前处理工作;利用有限元分析软件ANSYS完成齿轮传动模型的模态分析,计算齿轮传动模型的各阶固有频率和振型,从而分析整个传动装置的固有特性;利用显示动力学有限元软件LS-DYNA,完成齿轮传动模型的动力学分析,得出随时间变化的齿轮动态接触应力变化情况。(4)基于LS-DYNA齿轮传动的动力学分析计算模型,考虑齿面点蚀、疲劳剥落因素的影响,定性得出上述故障因素对齿轮传动的动力学性能的影响,为研究多故障相互作用的影响提供借鉴和参考。


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