基于解析有限元的齿根裂纹时变啮合刚度计算方法

作     者：吴家腾 杨宇 程军圣 WU Jiateng;YANG Yu;CHENG Junsheng

作者机构：湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2018年第54卷第23期

页      面：56-62页

核心收录：

学科分类：11[军事学] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 081002[工学-信号与信息处理] 110503[军事学-军事通信学] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFF0203400) 国家自然科学基金(51575168,51375152) 智能型新能源汽车国家2011协同创新中心和湖南省绿色汽车2011协同创新中心资助项目 

主　　题：解析有限元法 时变啮合刚度 应力强度因子 动力学建模 

摘      要：当齿轮发生故障时,时变啮合刚度的变化能够反映齿轮故障特征大小。因此,时变啮合刚度在齿轮传动过程中是一个重要的动力学参数。提出一种新的齿根裂纹啮合刚度计算方法,即解析有限元法(Analytical-finite element method, A-FM)。考虑到齿轮发生故障时,啮合刚度解析模型计算精度较低,将应力强度因子引入裂纹齿轮的啮合刚度计算过程。首先定义应力强度因子与啮合刚度之间的关系,通过建立齿轮接触模型计算裂纹尖端附近的应力强度因子,然后将计算结果替代解析模型中故障刚度部分。由于应力强度因子能够敏感地识别齿根裂纹的局部微小变化,故该方法相比于解析法具有更高的计算精度,相比于有限元法具备更快的计算效率。同时,建立6自由度动力学模型,通过对其振动响应进行分析,仿真结果验证了所提方法的可行性。