基于扩展有限元方法的齿牙疲劳断裂分析

摘要

齿轮传动系统主要失效形式是齿牙疲劳断裂。本文作者基于周期性边界条件建立二维双齿模型。采用扩展有限元法(XFEM)对服役过程齿牙的疲劳行为进行分析,重点研究初始裂纹和载荷因素对齿牙疲劳断裂的影响。结果表明,当最大主应力处萌生取向为0°的裂纹时,齿牙疲劳寿命最短,而靠近齿根的裂纹相对安全。同时,评价疲劳载荷情况必须综合考虑载荷比、载荷幅和平均载荷值。进一步针对材料选材开展模拟研究,为齿轮的设计提供指导。模拟结果表明,材料常数C和抗拉强度是影响齿牙疲劳寿命的最重要参数。