齒輪傳動多尺度參數與輪齒裂紋擴展演變關聯規律研究

《齒輪傳動多尺度參數與輪齒裂紋擴展演變關聯規律研究》是依託中南大學，由唐進元擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：齒輪傳動多尺度參數與輪齒裂紋擴展演變關聯規律研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐進元
• 依託單位：中南大學

項目摘要

以齒輪隨機非線性動力方程為耦合載體，對輪齒裂紋擴展演變與齒輪傳動多尺度參數的關聯規律進行基礎研究。理論上建立齒輪傳動多尺度參數與輪齒裂紋擴展演變之間的耦合關聯，找到它們之間的對應規律。解決含修形、製造誤差、安裝誤差、裂紋等微參數的嚙合剛度建模問題，給出基於微參數的齒輪嚙合剛度計算方法。基於一般力學和隨機振動理論，研究齒輪傳動隨機非線性動力學模型的求解方法，解決齒輪傳動多尺度參數、隨機非線性動態特徵與齒輪可靠運行時間的關聯求解問題。研究構建齒輪可靠運行時間計算模型與方法，建立多尺度參數與含裂紋的齒輪可靠運行時間之間的定量關係。構建實驗裝置與測試系統，通過實驗研究，驗證與修正理論研究工作。課題研究最終目標是：得到齒輪傳動多尺度參數與輪齒裂紋擴展演變的規律，提出最佳化齒輪傳動多尺度參數的設計方法。

結題摘要

針對齒輪裂紋形成與擴展問題，考慮齒輪修形、製造與安裝誤差和齒面微觀形貌，以動力學、接觸力學和斷裂力學為手段，研究相關基礎設計理論與方法，得到以下結論：（1）基於轉子動力學、齒輪動力學等理論，建立了考慮時變嚙合剛度、傳遞誤差激勵、齒側間隙等非線性激勵下的齒輪-轉子傳動有限元節點模型，提出了基於齒輪副動態傳遞誤差均方根值、峰態廣泛值和頻譜分布特徵來評判齒根裂紋擴展程度的方法，基於隨機過程理論，提出了以峰谷分布映射為重構原理的微觀形貌建模新方法，基於接觸力學，建立了適於次表面接觸應力計算的表面均布壓力模型；（2）基於斷裂力學和擴展有限元法開發了齒輪裂紋擴展分析軟體，基於隨機過程理論編制了微觀形貌重構軟體；（3）研究了齒根裂紋萌生和擴展過程與齒輪臨界轉速、固有頻率、振動和噪聲等動態回響的關聯規律，以動態傳遞誤差、動載係數和支撐軸承處振動位移為評判標準，研究了齒廓修形與齒輪副動態行為關聯規律，給出了特定工況下的合理修形方式和修形參數參考值；（4）從粗糙曲面接觸過程出發，研究了齒輪嚙合過程中表面接觸壓力、次表面接觸應力變化規律，由局部應力應變法得到不同齒輪材料下微觀形貌統計參數對齒輪點蝕疲勞壽命影響規律；（5）發現了隨機過程理論方法對微觀形貌微凸體的建模誤差，理論上發現並解釋了小半徑（高應力水平條件下）增大粗糙度有利於延長接觸疲勞壽命的現象。