考慮裂紋齒輪副剛度激勵影響的齒輪系統(tǒng)振動特性研究.pdf

1、齒輪傳動在各類機械設(shè)備中是最主要的傳動方式之一，齒輪傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)往往直接影響到機械設(shè)備能否正常工作。由于齒輪副嚙合時輪齒根部承受輪齒對交替嚙合引起的周期性交變力的作用，容易產(chǎn)生疲勞進而誘發(fā)裂紋。隨著裂紋的擴展，將導(dǎo)致輪齒斷裂而造成重大事故。因而，研究齒根裂紋故障對預(yù)防輪齒斷裂等嚴(yán)重事故具有重大意義。本文以直齒輪副為研究對象，建立了考慮延長嚙合、裂紋對基體削弱、齒輪副安裝誤差影響的裂紋齒輪副時變嚙合剛度模型，該模型可應(yīng)用于修緣齒輪副

2、和變位齒輪副;針對薄輪緣齒輪副，基于有限元法獲得了裂紋分別沿著輪齒和輪緣擴展的齒輪副嚙合剛度。圍繞考慮裂紋齒輪副剛度激勵的齒輪系統(tǒng)振動特性展開研究，論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)基于能量法，本文考慮多對齒嚙合時共用一個基體和輪齒彈性的影響提出了一個計算嚙合剛度的修正解析模型。與傳統(tǒng)嚙合剛度模型和有限元模型對比表明:修正的解析模型更符合實際，計算結(jié)果與有限元結(jié)果吻合的更好;而傳統(tǒng)嚙合剛度模型通過單對齒嚙合剛度簡單疊加，計算多對

3、齒同時嚙合時的總剛度，導(dǎo)致多對齒嚙合時過高估計基體剛度，使得計算結(jié)果偏大。
　　(2)考慮裂紋對齒輪基體剛度的削弱作用，本文進一步提出了基于有限元模型確定基體剛度修正系數(shù)的方法，并建立了含裂紋的修緣齒輪和變位齒輪時變嚙合剛度計算模型，分析了修緣量、修緣長度、變位系數(shù)、裂紋深度對齒輪嚙合剛度的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)出現(xiàn)裂紋后，齒輪時變嚙合剛度降低;輪齒修緣及變位均使齒輪副單雙齒嚙合區(qū)、平均嚙合剛度及載荷分配系數(shù)發(fā)生變化。
　　

4、(3)基于修正的嚙合剛度模型，提出了考慮齒輪安裝誤差影響的含裂紋齒輪副時變嚙合剛度模型，研究了中心距誤差和安裝角度不對中對時變嚙合剛度的影響。研究結(jié)果表明:當(dāng)出現(xiàn)中心距誤差和安裝角度不對中時，齒輪嚙合剛度降低。
　　(4)建立了6自由度齒輪系統(tǒng)集中質(zhì)量模型，分析了含裂紋的標(biāo)準(zhǔn)齒輪、修緣齒輪、變位齒輪和考慮安裝誤差影響的不同裂紋齒輪系統(tǒng)振動響應(yīng)。通過時域和頻域分析了裂紋齒輪系統(tǒng)的振動特征。此外，通過試驗臺測得含裂紋的標(biāo)準(zhǔn)齒輪系統(tǒng)振動

5、信號，驗證仿真結(jié)果的有效性。
　　(5)基于有限元法，獲得了薄輪緣齒輪副嚙合剛度。利用集中質(zhì)量模型，研究了裂紋分別沿著輪齒齒根擴展和輪緣擴展的薄輪緣齒輪副振動響應(yīng)特性。研究結(jié)果表明:對于薄輪緣齒輪副，在主動齒輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)出現(xiàn)了一個與薄輪緣齒輪輪孔個數(shù)有關(guān)的新周期;對于健康的薄輪緣齒輪副，加速度頻譜中除了嚙合頻率和嚙合頻率的諧波頻率成分外，還包括薄輪緣齒輪（主動齒輪）的轉(zhuǎn)頻與嚙合頻率的組合頻率。在相同裂紋深度情況下，裂紋沿著輪緣擴展