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行星齿轮传动柔性销轴比例模型的微动疲劳特性研究

行星齿轮传动柔性销轴比例模型的微动疲劳特性研究

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作者：李飞湘潭大学

学位级别：硕士

在风电增速箱中,为提高行星传动的均载性能,行星轮普遍使用柔性销轴联结结构(以下简称“柔性销轴”)作为支撑,由于装配空间的限制,该结构往往采用过盈联结方法进行装配。然而,传动齿轮的啮合冲击会使柔性销轴承受的切向弯曲载荷出现周... 详细信息

在风电增速箱中,为提高行星传动的均载性能,行星轮普遍使用柔性销轴联结结构(以下简称“柔性销轴”)作为支撑,由于装配空间的限制,该结构往往采用过盈联结方法进行装配。然而,传动齿轮的啮合冲击会使柔性销轴承受的切向弯曲载荷出现周期性波动,该交变应力会导致过盈结合表面的微幅变形,产生微动疲劳。微动疲劳会促使疲劳裂纹萌生与扩展,导致柔性销轴过早失效破坏,降低风电增速箱的服役寿命。因此,在柔性销轴的设计中必须考虑微动疲劳损伤的影响。本文对柔性销轴的微动疲劳寿命和疲劳损伤机理开展研究,以作为该结构的设计指导,减弱柔性销轴的微动疲劳损伤程度,延长其服役寿命。本文主要研究内容如下:(1)依据厚壁圆筒理论和Lame公式计算柔性销轴的应力应变和过盈量,并对该结构承受的最大弯曲载荷进行核算。鉴于试验条件限制,设计柔性销轴比例模型,并通过与全尺寸结构进行尺寸、载荷参数对比,确定具体的缩小比例。基于各因素对柔性销轴微动疲劳损伤的影响程度,选取弯曲载荷、过盈量和渗碳层深度等三个影响因素开展研究,并确定三因素三水平的正交试验方案。(2)采用SolidWorks软件建立柔性销轴三维比例模型,然后导入ABAQUS软件中,参考实际服役工况,进行过盈联结下柔性销轴弯曲加载的有限元分析。通过提取不同弯曲载荷、过盈量和渗碳层深度等因素下的应力应变数据,得到柔性销轴结合表面接触应力、摩擦剪切力和滑移幅值的数值曲线,分析各因素对柔性销轴微动疲劳损伤的影响规律。基于模拟仿真提取的相关应力应变数据,采用SWT法预测柔性销轴比例模型的微动疲劳寿命和裂纹萌生位置。(3)根据正交试验方案,试制11组过盈联结柔性销轴比例试件,在疲劳试验机上进行弯曲载荷加载,得到试件的微动疲劳S曲线,通过观测不同弯曲载荷等因素下试件结合表面的疲劳损伤情况,并与仿真结果进行对比分析,探究各因素对柔性销轴微动疲劳寿命和疲劳损伤的影响规律。(4)基于微动疲劳特性的研究结论,设定柔性销轴的线性过盈量,优化其配合方式以降低结合表面的应力应变数值。通过比对分析模拟仿真结果,得出过盈量的变量表达式,修正柔性销轴优化配合结构的应力应变计算公式。

关键词：柔性销轴比例模型微动疲劳寿命微动疲劳损伤优化配合结构

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