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渐开线齿轮传动疲劳寿命分析

作　者: 王丽娜
导　师: 王铁
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 渐开线齿轮有限元分析疲劳试验疲劳寿命分析
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 286次
引　用: 3次
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内容摘要

渐开线齿轮在传递运动和动力时,其承载能力及使用寿命是工程上非常关注的内容,因此,开展渐开线齿轮强度及其寿命分析研究具有重要的意义。传统的分析方法无法形象地得到齿轮传动中的应力和疲劳寿命分布状况,本文以齿轮疲劳强度试验为依托,应用有限元和疲劳分析软件对试验齿轮进行分析,为齿轮传动机构设计提供有力支持。考虑齿轮实际加工情况以及进行精确建模,本文创建了相对精确的齿根过渡曲线,并解决了齿轮渐开线与齿根过渡曲线不连续问题,同时基于齿轮啮合原理,实现齿轮无干涉装配。对齿轮几何模型进行结构简化和边界简化,在试验齿轮静态弯曲疲劳强度有限元分析计算中,采用映射方法对齿轮端面进行网格划分,应用扫掠方法生成六面体单元,并采用MPC刚体控制法对主动轮施加转矩,利用非线性分析软件MSC.Marc进行应力分析,最后结合齿轮特点分析了应力结果。对某材料渐开线齿轮进行接触疲劳强度试验和弯曲疲劳试验,确定了试验齿轮接触和弯曲的疲劳特性曲线及疲劳极限应力,为该材料渐开线齿轮接触和弯曲的疲劳强度计算提供了有试验基础的参考数据。本文以接触疲劳试验中疲劳断齿齿轮为依据,利用有限元应力分析结果以及试验得到的弯曲疲劳寿命曲线,应用MSC.Fatigue软件,采用Goodman应力修正方法,调整影响疲劳寿命的应力集中系数、载荷放大系数等相应参数,使之预测寿命与接触疲劳试验中疲劳断齿齿轮的寿命比较接近,通过以上工作,能够对该材料齿轮的疲劳寿命进行较好的预测。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-11
    1.2.1 疲劳寿命估算方法  10-11
    1.2.2 确定结构和机械疲劳寿命的方法  11
  1.3 国内外齿轮的研究现状  11-12
  1.4 本文研究的主要内容  12-13
第二章试验齿轮模型的建立  13-21
  2.1 引言  13
  2.2 齿轮三维模型的建立  13-19
    2.2.1 齿轮渐开线的创建  13-14
    2.2.2 不同齿根过渡曲线的建立  14-16
    2.2.3 渐开线与齿根过渡曲线衔接问题的解决  16-19
    2.2.4 创建螺旋线  19
  2.3 齿轮装配  19-21
第三章试验齿轮静态弯曲疲劳强度有限元分析  21-31
  3.1 引言  21
  3.2 有限元法与有限元软件简介  21-23
    3.2.1 有限单元法基本思想  21-23
  3.3 齿轮静态弯曲有限元计算  23-31
    3.3.1 MSC.Marc 关于接触问题求解  23-24
    3.3.2 齿轮静态弯曲有限元计算  24-31
第四章齿轮接触疲劳试验  31-41
  4.1 引言  31
  4.2 试验前准备  31-35
    4.2.1 试验齿轮  31
    4.2.2 试验方法  31-32
    4.2.3 试验机与试验齿轮的安装  32-34
    4.2.4 试验应力水平的确定  34-35
  4.3 失效判据  35
  4.4 试验齿轮接触应力的计算式  35
  4.5 试验齿轮的试验数据  35-36
  4.6 试验数据处理  36-41
    4.6.1 Matlab 回归分析  36-39
    4.6.2 试验数据处理方法  39
    4.6.3 数据处理结果  39-41
第五章齿轮弯曲疲劳试验  41-51
  5.1 引言  41
  5.2 试验前准备  41-44
    5.2.1 试验齿轮  41-42
    5.2.2 试验方法  42-43
    5.2.3 试验机和试件夹具  43-44
  5.3 试验规程和失效判据  44-47
    5.3.1 轮齿抽样  44
    5.3.2 试验应力水平的确定  44-45
    5.3.3 失效判据  45
    5.3.4 齿轮试件轮齿上的加载点确定  45-46
    5.3.5 试验步骤  46
    5.3.6 轮齿弹塑性变形的静强度测试  46-47
  5.4 试验齿轮齿根应力的计算式  47-48
  5.5 试验数据处理  48-51
    5.5.1 试验数据处理方法  48-49
    5.5.2 试验齿轮的试验数据及数据处理结果  49-51
第六章齿轮弯曲疲劳寿命分析  51-65
  6.1 引言  51
  6.2 疲劳理论  51-53
    6.2.1 疲劳载荷的获取与处理  51-52
    6.2.2 材料的疲劳性能  52-53
  6.3 齿轮疲劳寿命分析计算  53-61
    6.3.1 齿轮的疲劳载荷  53-54
    6.3.2 S-N 曲线与通用疲劳软件表达式的统一  54-56
    6.3.3 接触疲劳试验断齿齿轮寿命分析  56-59
    6.3.4 无齿根过渡曲线齿轮寿命分析  59-61
  6.4 疲劳影响因素的研究  61-65
    6.4.1 应力集中系数  62
    6.4.2 载荷放大系数的影响  62-65
第七章全文总结与展望  65-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表的学术论文  71

渐开线齿轮传动疲劳寿命分析

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