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轿车变速箱齿轮副故障的实验分析和理论研究

张余斌  
【摘要】:针对轿车变速箱齿轮副在定型试验过程中出现的两个问题—齿轮副的振动幅度随润滑油的温度而变化和齿轮内圈开裂,本文分析了其产生的原因,并进行了理论分析和实验研究。本文的主要工作和研究成果如下: (1)由于啮合齿面间润滑油粘度的变化,使得啮合齿面间阻尼发生变化,从而使齿轮副的振动幅度发生变化。为了将润滑油粘度对齿轮副的振动影响进行量化,本文首先考虑斜齿轮啮合的特殊性,合理的采用了平均等效曲率半径作为计算等效曲率半径;再根据rpy6HH等效油膜厚度推断和Hertz接触模型,提出了啮合齿面的接触模型;考虑润滑油的粘压效应,对接触区域诱导压力进行等效变换,建立了斜齿齿轮传动系统的弹流润滑动力学振动模型,以分析润滑油粘度对齿轮副振动的影响。对模型进行仿真分析,并进行了实验验证。 (2)变速箱中该齿轮与轴为过盈联接,由于传统的过盈联接设计方法,忽略了齿轮与轴接触边缘应力集中的影响,边缘应力可能是中心应力的数倍,已经超过材料的屈服极限,从而导致齿轮内圈边缘产生裂纹。本文利用有限元法分析了齿轮与轴过盈联接时的压力和应力状态及其影响因素,并得出结合直径、结合宽度、过盈量和齿根圆直径与接触边缘最大应力的关系。针对传统设计方法的缺陷,本文通过对360组齿轮与轴过盈接触模型进行了有限元分析,将得到齿轮与轴接触边缘的最大应力数据作为BP神经网络的训练样本,建立了齿轮与轴过盈联接接触边缘最大应力的BP神经网络模型,对模型进行检测,最大误差为1.61%。结合此模型,提出了新的齿轮与轴过盈联接的设计算法—过盈联接BP动态调整算法。最后通过实例计算对传统设计方法和本文提出的算法进行比较,计算结果表明本文算法更灵活、合理。


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