含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性分析

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1、———————————————————————含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性分析———————————————————————Dynamiccharacteristicsanalysisofspurgearsystemwithtoothrootcrackfault作者姓名：胡信鹏专业名称：机械工程指导教师：王继新教授学位类别：工程硕士答辩日期：2015年5月31日摘要摘要齿轮传动以其结构紧凑、传动准确、传动效率高、承载能力强等优点被广泛应用于装备制造业，是无法替代的机械传动形式。齿轮箱高速、重载运行，轮齿承受循环载荷产生的齿根弯曲应力

2、过大时，齿根最大切向拉应力处将产生裂纹并逐步扩展，最后造成轮齿折断，影响机械设备的正常运行。因此，了解齿根裂纹缺陷形成的原因，掌握裂纹缺陷齿轮系统的动态特性，对于认识齿根裂纹缺陷的故障机理，实现故障监测、识别和诊断具有一定的理论意义和潜在工程应用价值。本文部分研究内容依托国家自然科学基金面上项目（No.51075179）开展。全文运用振动分析的方法，对含齿根裂纹缺陷的齿轮系统动态特性问题开展了相关研究。论文主要研究内容包括：(1)基于标准渐开线方程与展成原理形成的齿根过渡曲线方程，采用能量法推导了考虑齿根过渡曲线的完整齿形圆柱直齿轮副啮

3、合刚度计算公式；分析了五种刚度的变化规律，单双齿啮合时啮合刚度的关系；并与ISO公式草案和回归近似法计算结果对比，验证了本方法。(2)考虑齿根裂纹缺陷对轮齿标准渐开线齿廓和齿根过渡曲线弯曲刚度、径向压缩刚度和剪切刚度的影响，推导齿根裂纹深度不超过半齿厚时的啮合刚度计算公式。运用ABAQUS软件对含裂纹轮齿进行有限元分析，计算啮合刚度；对比验证含齿根裂纹缺陷齿轮副啮合刚度的理论计算方法。结果显示，随着啮合位置的不同和裂纹深度的不同，含裂纹轮齿的啮合刚度都存在不同程度减小。(3)总结常用的齿轮副二自由度、四自由度和六自由度动力学模型，分析各

4、模型特点和适用范围；考虑齿轮副啮合阻尼，齿面库伦摩擦，建立本文六自由度动力学模型。(4)分别在时域和频域内对比不含齿面摩擦和含齿面摩擦的动力学模型，不同裂纹深度的含齿面摩擦动力学模型，单齿裂纹、双齿裂纹和三齿裂纹缺陷动力学模型的加速度特性、摩擦特性等动态振动特性。结果表面，随着裂纹轮齿进入/退出啮合，振动加速度等特性在时域内出现周期性的振荡；裂纹深度对振荡幅值影响较大；裂纹的存在导致啮合线方向振动加速度在高频段出现边频带，啮合I吉林大学硕士学位论文线法线方向振动加速度全频段均出现边频带，且裂纹深度越大，边频带越明显。关键词：齿轮系统，齿

5、根裂纹，时变啮合刚度，动态特性IIAbstractAbstractGeartransmission,asanirreplaceablemechanicaltransmissioncomponent,iswidelyusedinequipmentmanufacturingindustrybasedonitsadvantagessuchascompact,accuratemechanism,highefficiency,andstrongloadcapacity.Toothrootcrackfaultisgeneratedwherethem

6、aximumtangentialtensilestressislocated,whentherootsufferingbendingstressistoomuchhighontheconditionofhighspeedandheavyload.Thecrackextendingthroughouttoothwidthoccurstoothbreakage,whichaffectsequipment’snormaloperation.Therefore,acquaintancewiththeformreasonofcrackandmas

7、teringworkingdynamiccharacteristicsofcrackedgearsystemareofgreattheoreticalsignificanceandpotentialengineeringvalueforfaultmonitoring,identifyinganddiagnosing.Thisthesisfocusesonthedynamiccharacteristicsofgearsystemwithtoothrootcrackfaultbyusingmechanicalvibrationmethod,

8、whichissupportedbytheprogramfortheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51075179).Themaincontentso