基于ANSYS-LS-DYNA的齒輪故障特性仿真分析.pdf

1、齒輪減速器是機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，發(fā)揮著不可替代的作用，它可以提供該機(jī)械系統(tǒng)需要的扭矩和相應(yīng)旋轉(zhuǎn)速度。它的工作狀態(tài)好壞直接決定著傳動(dòng)系統(tǒng)整體性能的好壞，齒輪的損壞可以導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)的大量損失，有時(shí)甚至危害人類(lèi)生命安全。鑒于此，學(xué)者們一直都很重視齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性與安全性研究。
　　減速器中齒輪發(fā)生故障后將會(huì)改變工作齒輪的嚙合狀態(tài)，導(dǎo)致齒輪嚙合過(guò)程中出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)。這些波動(dòng)包括減速器的振動(dòng)和噪聲，由于它們的出現(xiàn)，降低了齒輪的

2、嚙合精度。高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中，輪齒更加容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕、裂紋及斷齒等的故障。由于齒輪故障的存在，齒輪的嚙合振動(dòng)沖擊會(huì)呈現(xiàn)更加明顯的周期性，傳動(dòng)性能也將會(huì)受到極大的影響。因此對(duì)故障齒輪動(dòng)態(tài)特性的研究已經(jīng)成為一個(gè)非常熱門(mén)的課題。
　　本文首先建立了齒輪的有限元模型，除了對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)分析外，還進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)特性的動(dòng)態(tài)模擬。通過(guò)運(yùn)用ANSYS軟件的靜力學(xué)分析，分別計(jì)算出了齒輪在健康狀態(tài)和故障狀態(tài)下的嚙合剛度；動(dòng)力學(xué)分析方面是使用LS-DYNA

3、軟件對(duì)健康齒輪和故障齒輪進(jìn)行齒輪動(dòng)態(tài)特性的模擬仿真；最后對(duì)故障齒輪和健康齒輪進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　本文的主要內(nèi)容包括：
　　一、齒輪有限元模型的建立。除了使用CAD三維軟件快速生成相對(duì)應(yīng)的齒輪對(duì)外，本文重點(diǎn)介紹了運(yùn)用 APDL語(yǔ)言建立四種類(lèi)型的齒輪模型，分別為完整、斷齒、齒根裂紋1mm、齒根裂紋3mm的齒輪對(duì)，采用六面體形狀的網(wǎng)格單元對(duì)齒輪模型進(jìn)行劃分。與四面體齒輪有限元模型計(jì)算結(jié)果相比，六面體有限元模型

4、計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且計(jì)算速度提高了一倍以上。
　　二、運(yùn)用ANSYS對(duì)齒輪對(duì)進(jìn)行靜力學(xué)分析。計(jì)算出輪齒一個(gè)嚙合周期的嚙合剛度，計(jì)算結(jié)果表明具有齒根故障的齒輪嚙合剛度變小了很多。
　　三、運(yùn)用LS-DYNA軟件對(duì)上述四種不同狀況的齒輪對(duì)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析。為了盡可能的減小傳播路徑對(duì)振動(dòng)信號(hào)的影響，提取輪體上面的加速度信號(hào)以及嚙合力曲線，觀察輪齒故障對(duì)這些參數(shù)的影響。因?yàn)檩嘄X故障的存在，靠近故障輪齒嚙合部位的嚙合力發(fā)生了突變，