傳動齒輪疲勞壽命的仿真分析

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1、萬方數(shù)據(jù)56電子機械工程Electro—MedIamc蚰Engineering2010年第26卷第6期20lO．V01．26No．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(shù)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(shù)，結(jié)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(yù)測，得到了齒輪的s—N曲線，為齒輪的設(shè)計與維護保障提供了依據(jù)。

2、關(guān)鍵詞：齒輪；疲勞壽命；動力學；有限元；協(xié)同仿真中圖分類號：TP391．9；THl32．41文獻標識碼：A文章編號：1008—5300(2010)06—0056—03SimulationAnalysisofGearFatigueLifeWEIZhong·liang，CHENYu-zhen，YUEZhen·xing(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039，China)Almtraet：Geardriveiswidelyusedintherada

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

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

5、傳動的失效將直接影響系統(tǒng)性能，甚至造成雷達無法正常工作。齒輪失效主要發(fā)生在輪齒，主要原因有過載、疲勞、點蝕和膠合等。其中，疲勞破壞是常見的一種破壞形式。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，這是因為輪齒在載荷作用下，其根部所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，且在齒根過渡圓角處有應(yīng)力集中。同時，齒輪在轉(zhuǎn)動過程中使輪齒重復受載，在交變

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

7、循環(huán)萬方數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)受力時，截面突變處會出現(xiàn)應(yīng)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(yīng)力集中的地方，應(yīng)力集中使結(jié)構(gòu)的疲勞強度降低。所以，疲勞設(shè)計時必須考慮應(yīng)力集中效應(yīng)。1．2尺寸效應(yīng)零件的尺寸對其疲勞強度影響極大。一般來說，零件的尺寸增大，則疲勞強度就降低。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)對疲勞強度有較大的影響。疲勞裂紋常常從零件表面開始，因為表面應(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，腐蝕情況及表面強化。表面越光滑，腐蝕越小，表面越硬，疲勞強度越高。1．4載荷類型的影響拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)不同的循環(huán)載荷，對金屬試樣可以得到相應(yīng)的疲勞極限。不同的平均應(yīng)力，及過載、低載和加載順序?qū)ζ趶姸榷加杏绊憽?．5環(huán)境因