齿轮孔—轴承外圈接触及齿根应力分析与寿命估算

论文摘要

在工程实际中,接触现象到处可见,物体间作用力的传递大多是通过接触实现的,机械运动的传递也离不开接触力的作用。特别是在机械传动领域,三维接触问题广泛存在。由接触问题而引发的零件失效一直是备受人们关注的问题,引起了国内外专家学者的普遍重视。某公司破碎设备上使用的KPBV150二级行星齿轮减速器运行两年后发生断裂,损坏发生在第二级行星传动,其中一个行星轮开裂。首先,由于存在材料缺陷及相对滑动,在行星轮内孔表面产生微裂纹,并在外载荷作用下扩展到行星轮齿根部位,导致行星轮体开裂。同时,还引起太阳轮、行星架、箱体等其它零部件的变形、断裂。继而,引发齿轮箱整体失效。本文主要是齿轮孔—轴承外圈接触及齿根应力分析与寿命估算。以KPBV150型大型行星齿轮减速器失效分析为工程背景,结合工程图纸,对二级行星齿轮减速器做结构分析、受力分析和相关计算。运用CAXA软件、Pro/E软件建立二维和三维几何模型,在大型分析软件ANSYS中,对失效零件做出了准确的强度分析,主要包括齿轮与轴承接触的接触应力分析以及齿轮的齿根弯曲应力分析。通过以上实际项目的工程计算和接触应力分析,本文对基于ANSYS软件的接触问题做了比较清晰的阐述,对行星齿轮设计安全系数进行评价,推导了破损材料的临界裂纹尺寸,对齿轮的疲劳裂纹扩展寿命进行了估算,为工程实际提出了指导性意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 工程背景及其意义
• 1.2 接触问题有限元方法的发展及研究现状
• 1.3 主要内容、特色及创新之处
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 特色及创新之处
• 第2章 接触问题的理论基础
• 2.1 接触问题
• 2.1.1 接触问题分类
• 2.1.2 接触问题基本方程
• 2.2 经典HERTZ弹性接触理论
• 2.3 弹性物体的非HERTZ接触问题
• 2.4 本章小结
• 第3章 接触问题的有限元分析方法
• 3.1 接触问题分析
• 3.2 接触问题的有限元工具（ANSYS）介绍
• 3.2.1 ANSYS的主要技术特点
• 3.2.2 ANSYS的功能简介
• 3.3 ANSYS接触问题有限元介绍
• 3.3.1 ANSYS的接触能力
• 3.3.2 ANSYS的接触单元
• 3.4 ANSYS面面接触分析方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 KPBV150型大型行星齿轮减速器结构分析与计算
• 4.1 工程背景及失效情况分析
• 4.2 行星齿轮减速器传动比计算
• 4.3 行星齿轮减速器转速计算
• 4.4 第二级行星传动齿轮转矩计算
• 4.5 第二级行星齿轮受力分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 齿轮孔—轴承外圈接触及齿根应力分析与寿命估算
• 5.1 齿轮孔—轴承外圈接触应力分析
• 5.1.1 几何建模
• 5.1.2 齿轮孔—轴承外圈接触分析
• 5.2 行星齿轮的弯曲应力分析
• 5.2.1 几何建模
• 5.2.2 有限元分析
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 接触应力结果分析
• 5.3.2 设计安全系数评价
• 5.4 估算裂纹扩展寿命
• 5.4.1 计算临界裂纹长度
• 5.4.2 估算齿轮疲劳裂纹扩展寿命
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢