某差速器齿轮的动态啮合分析与疲劳寿命研究

摘要

齿轮传动具有效率高、传动稳定、结构可靠等优点，被广泛地应用于汽车行业。本课题着重对差速器齿轮副动态啮合、接触及疲劳寿命进行了分析，具体工作如下:
　　(1)基于直齿锥齿轮渐开线齿廓面的形成原理，利用CATIA的创成形模块和知识工程模块对差速器齿轮进行参数化设计，创建了与齿轮模型相关联的设计表。通过调整表中的齿轮参数，可建立不同的齿轮模型，缩短了同类产品的开发时间。
　　(2)在最大负载力矩作用下，对差速器齿轮进行动态啮合模拟，得出动态啮合过程中的冲击性能、齿面接触应力与分布规律和齿根弯曲应力与分布规律等;根据动态啮合的仿真结果，确定行星齿轮单齿的危险加载位置，分别进行齿轮副的静态和动态接触分析，得出行星齿轮弯曲强度满足设计要求。
　　(3)分析了阻尼、惯性载荷、转速和负载等因素对动态啮合特性影响，得出:阻尼越大，从动轮的转速收敛越快，齿面间接触力和接触应力越大，但接触面积几乎不变;从动轮惯性载荷越大，其转速振幅越小，对应齿面间的接触应力和接触区域越大;主动轮转速越大，从动轮的转速振幅越大，对应齿面间的接触应力和接触区域越大;负载越大，从动轮转速振幅越大、收敛越慢，对应齿面间的接触力越大、接触区域越宽，并且接触力与负载呈近似线性关系。
　　(4)基于动态啮合的齿根弯曲应力变化规律，对差速器行星齿轮进行疲劳寿命分析，并对差速器齿轮进行台架试验，结果表明:仿真结果与实验结果具有较好的一致性，该差速器齿轮满足疲劳强度的设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 齿轮强度分析的研究现状

1．2．1 齿轮弯曲承载能力研究现状

1．2．2 齿轮接触承载能力研究现状

1．3 齿轮疲劳寿命的研究现状

1．3．1 疲劳理论的发展

1．3．2 齿轮抗疲劳设计的研究现状

1．4 本文的研究内容

2 差速器齿轮模型的建立

2．1 差速器的工作原理

2．1．1 对称锥齿轮式差速器

2．1．2 齿廓表面与渐开线的形成

2．2 差速器参数化建模

2．2．1 差速器齿轮的基本参数与计算公式

2．2．2 球面渐开线的以及齿形的生成

2．2．3 齿轮实体模型的生成

2．2．4 齿轮参数设计表的建立

2．2．5 差速器齿轮的装配

2．3 有限元方法介绍

2．4 ABAQUA／Explicit软件介绍

2．4．1 ABAQUS的分析流程

2．4．2 ABAQUS／Explicit在非线性动力学分析中的特点

2．5 差速器齿轮有限元模型的建立

2．5．1 齿轮模型的简化与网格划分

2．5．2 创建齿轮的材料和截面属性

2．5．3 模型的分析步和输出要求

2．5．4 设置接触与耦合

2．5．5 边界加载

2．6 本章小结

3 差速器齿轮的动态啮合与弯曲强度分析

3．1 差速器齿轮的动态啮合分析

3．1．1 啮合过程中的冲击分析

3．1．2 啮合过程中的齿面接触应力分析

3．1．3 啮合过程中的齿根弯曲应力分析

3．2 行星齿轮的弯曲强度分析

3．2．1 行星齿轮单齿啮合最高点的确定

3．2．2 行星齿轮单齿啮合最高点处的静态接触分析

3．2．3 行星齿轮弯曲强度的理论计算方法与有限元方法的比较

3．2．4 行星齿轮危险加载位置处的动态接触分析

3．3 本章小结

4 差速器齿轮动态啮合的影响因素分析

4．1 阻尼对动态啮合特性的影响

4．2 从动轮惯性载荷对动态啮合特性的影响

4．3 主动轮转速对动态啮合特性的影响

4．4 不同负载对动态啮合特性的影响

4．5 本章小结

5 差速器齿轮的疲劳寿命研究及台架试验

5．1 疲劳寿命理论与方法

5．1．1 名义应力法

5．1．2 局部应力应变法(裂纹起始寿命法)

5．1．3 LEFM(裂纹扩展寿命法)

5．2 N-code软件介绍

5．3 差速器齿轮的台架试验

5．3．1 试验台架

5．3．2 实验准备

5．3．3 实验过程

5．3．4 实验结果

5．4 名义应力法计算行星齿轮寿命

5．4．1 行星齿轮齿面受力分析与有限元静力学分析

5．4．2 齿轮的疲劳载荷

5．4．3 材料的疲劳特性

5．4．4 分析结果

5．5 本章小结

6 全文总结

6．1 主要工作与结论

6．2 后续研究展望

致谢

参考文献

附录