傳動(dòng)齒輪疲勞壽命的仿真分析

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)56電子機(jī)械工程Electro—MedIamc蚰Engineering2010年第26卷第6期20lO．V01．26No．6傳動(dòng)齒輪疲勞壽命的仿真分析。魏忠良。陳玉振，岳振興(南京電子技術(shù)研究所，江蘇南京210039)摘要：齒輪傳動(dòng)在雷達(dá)天線座傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛采用，目前正向著高速、低噪、輕質(zhì)、精密的方向發(fā)展。針對(duì)雷達(dá)天線座齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，以其末級(jí)一對(duì)漸開(kāi)線直齒輪副為研究對(duì)象，運(yùn)用協(xié)同仿真技術(shù)，結(jié)合了動(dòng)力學(xué)分析與有限元靜強(qiáng)度分析，對(duì)齒輪的疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，得到了齒輪的s—N曲線，為齒輪的設(shè)計(jì)與維護(hù)保障提供了依據(jù)。

2、關(guān)鍵詞：齒輪；疲勞壽命；動(dòng)力學(xué)；有限元；協(xié)同仿真中圖分類(lèi)號(hào)：TP391．9；THl32．41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008—5300(2010)06—0056—03SimulationAnalysisofGearFatigueLifeWEIZhong·liang，CHENYu-zhen，YUEZhen·xing(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039，China)Almtraet：Geardriveiswidelyusedintherada

3、rantennapedestaltransmissionsystem．Atpresentitisdevelo-pingtowardhighspeed，lownoise，lightweightandhighprecision．Thisarticlefocusesonthecharacteristicsoftheradarantennapedestalgeardrivesystem。andtakesitslastpairofinvolutespurgear船thestudyob—jeet．BytheUSeofthecoopera

4、tionsimulationtechnology，thefatiguelifepredictionoftransmissiongearandS·Ncurvewasgainedwhichcanprovidereferencesforthedesignandmaintenanceofthegear．Keywords：gear；fatiguelife；dynamic；finiteelement；collaborativesimulation0引言齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)傳動(dòng)設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。齒輪

5、傳動(dòng)的失效將直接影響系統(tǒng)性能，甚至造成雷達(dá)無(wú)法正常工作。齒輪失效主要發(fā)生在輪齒，主要原因有過(guò)載、疲勞、點(diǎn)蝕和膠合等。其中，疲勞破壞是常見(jiàn)的一種破壞形式。目前齒輪在實(shí)際負(fù)荷下的疲勞壽命分布計(jì)算一般可以通過(guò)疲勞試驗(yàn)來(lái)完成。然而，常常由于試驗(yàn)條件、時(shí)間的限制，使得疲勞試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)。因此，探討一種有效的計(jì)算方法是十分必要的。圓柱齒輪主要有兩種失效形式，即接觸疲勞失效和彎曲疲勞失效。彎曲疲勞發(fā)生主要在齒根部，這是因?yàn)檩嘄X在載荷作用下，其根部所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，且在齒根過(guò)渡圓角處有應(yīng)力集中。同時(shí)，齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中使輪齒重復(fù)受載，在交變

6、應(yīng)力反復(fù)作用下，齒根處將產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致輪齒彎曲疲勞折斷。傳統(tǒng)的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算采用了力學(xué)設(shè)計(jì)方·收稿日期：2010—08—17法，在計(jì)算中引入了兩個(gè)假設(shè)，忽略了剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的影響，帶有很大的近似性。文中以雷達(dá)天線座末級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置為研究對(duì)象(如圖l所示)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真和有限元分析相結(jié)合的疲勞設(shè)計(jì)方法，利用多種軟件進(jìn)行協(xié)同仿真，計(jì)算得到齒輪彎曲疲勞壽命，提高了雷達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了研制周期，降低了研制成本。囹1天級(jí)座末級(jí)齒輪副效果圖l機(jī)械疲勞的主要影響因素‘11疲勞壽命是指結(jié)構(gòu)或機(jī)械直至破壞所作用的

7、循環(huán)萬(wàn)方數(shù)據(jù)第6期魏忠良。等：傳動(dòng)齒輪疲勞壽命的仿真分析57載荷的次數(shù)或時(shí)間。1．1形狀因素在結(jié)構(gòu)受力時(shí)，截面突變處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。大量疲勞破壞事故和試驗(yàn)說(shuō)明，疲勞源總是出現(xiàn)在應(yīng)力集中的地方，應(yīng)力集中使結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度降低。所以，疲勞設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮應(yīng)力集中效應(yīng)。1．2尺寸效應(yīng)零件的尺寸對(duì)其疲勞強(qiáng)度影響極大。一般來(lái)說(shuō)，零件的尺寸增大，則疲勞強(qiáng)度就降低。主要原因是，相比小型零件，大型零件缺陷多，壓延比較小，淬透深度小，材質(zhì)較差等。1．3表面狀態(tài)的影響零件的表面狀態(tài)對(duì)疲勞強(qiáng)度有較大的影響。疲勞裂紋常常從零件表面開(kāi)始，因?yàn)楸砻鎽?yīng)力

8、最高，加上表面的應(yīng)力集中，容易造成疲勞源。表面狀態(tài)分為表面加工情況，腐蝕情況及表面強(qiáng)化。表面越光滑，腐蝕越小，表面越硬，疲勞強(qiáng)度越高。1．4載荷類(lèi)型的影響拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)不同的循環(huán)載荷，對(duì)金屬試樣可以得到相應(yīng)的疲勞極限。不同的平均應(yīng)力，及過(guò)載、低載和加載順序?qū)ζ趶?qiáng)度都有影響。1．5環(huán)境因