傳動齒輪疲勞壽命的仿真分析_魏忠良new

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1、電子機械工程2010年第26卷第6期56Electro－MechanicalEngineering2010．Vol．26No．6*傳動齒輪疲勞壽命的仿真分析魏忠良，陳玉振，岳振興(南京電子技術研究所，江蘇南京210039)摘要:齒輪傳動在雷達天線座傳動系統(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。針對雷達天線座齒輪傳動系統(tǒng)的特點，以其末級一對漸開線直齒輪副為研究對象，運用協(xié)同仿真技術，結合了動力學分析與有限元靜強度分析，對齒輪的疲勞壽命進行了預測，得到了齒輪的S－N曲線，為齒輪的設計與維護保障提供了依據(jù)。關鍵詞:齒輪;疲勞壽命;動力學;有限元;

2、協(xié)同仿真中圖分類號:TP391．9;TH132．41文獻標識碼:A文章編號:1008－5300(2010)06－0056－03SimulationAnalysisofGearFatigueLifeWEIZhong-liang，CHENYu-zhen，YUEZhen-xing(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039，China)Abstract:Geardriveiswidelyusedintheradarantennapedestaltransmissionsystem．Atp

3、resentitisdevelo-pingtowardhighspeed，lownoise，lightweightandhighprecision．Thisarticlefocusesonthecharacteristicsoftheradarantennapedestalgeardrivesystem，andtakesitslastpairofinvolutespurgearasthestudyob-ject．Bytheuseofthecooperationsimulationtechnology，thefatiguelifepredictionoftran

4、smissiongearandS-Ncurvewasgainedwhichcanprovidereferencesforthedesignandmaintenanceofthegear．Keywords:gear;fatiguelife;dynamic;finiteelement;collaborativesimulation法，在計算中引入了兩個假設，忽略了剪應力和壓應力0引言的影響，帶有很大的近似性。齒輪傳動具有傳動效率高、結構緊湊、工作可靠等文中以雷達天線座末級齒輪傳動裝置為研究對象優(yōu)點，在雷達傳動設計中有著廣泛的應用。齒輪傳動(如圖1所示)，利用多體動

5、力學仿真和有限元分析相的失效將直接影響系統(tǒng)性能，甚至造成雷達無法正常結合的疲勞設計方法，利用多種軟件進行協(xié)同仿真，計工作。齒輪失效主要發(fā)生在輪齒，主要原因有過載、疲算得到齒輪彎曲疲勞壽命，提高了雷達產(chǎn)品的設計質(zhì)勞、點蝕和膠合等。其中，疲勞破壞是常見的一種破壞量，縮短了研制周期，降低了研制成本。形式。目前齒輪在實際負荷下的疲勞壽命分布計算一般可以通過疲勞試驗來完成。然而，常常由于試驗條件、時間的限制，使得疲勞試驗難以實現(xiàn)。因此，探討一種有效的計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，這是因為輪齒在載

6、荷作用下，其根部所產(chǎn)生的彎曲應力最大，且在齒根過渡圓角處有應力集中。同時，齒輪在轉圖1天級座末級齒輪副效果圖動過程中使輪齒重復受載，在交變應力反復作用下，齒［1］根處將產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴展導致輪齒彎曲疲勞折1機械疲勞的主要影響因素斷。傳統(tǒng)的齒根彎曲疲勞強度計算采用了力學設計方疲勞壽命是指結構或機械直至破壞所作用的循環(huán)*收稿日期:2010－08－17第6期魏忠良，等:傳動齒輪疲勞壽命的仿真分析57載荷的次數(shù)或時間。1．1形狀因素在結構受力時，截面突變處會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。大量疲勞破壞事故和試驗說明，疲勞源總是出現(xiàn)在應力集中的地方，應力集中使結構的疲勞強度降低。

7、所以，疲勞設計時必須考慮應力集中效應。1．2尺寸效應零件的尺寸對其疲勞強度影響極大。一般來說，圖2齒輪傳動機構動力學仿真模型零件的尺寸增大，則疲勞強度就降低。主要原因是，相速為5rad/min，定義齒輪間靜摩擦系數(shù)0．1，動摩擦系比小型零件，大型零件缺陷多，壓延比較小，淬透深度數(shù)0．05，通過動力學分析得到齒輪嚙合線上的載荷小，材質(zhì)較差等。譜，圖3、圖4分別為作用在齒輪嚙合線上的徑向和切1．3表面狀態(tài)的影響向載荷譜(以主動輪中心軸為圓心)。嚙合力在一個零件的表面狀態(tài)對疲勞強度有較大的影響。疲勞均值(傳動載荷)附近以一定的幅值上下波動。裂紋常常從零件表面開始，因

8、為表面應力最高，加上表面的應力集中，容