【摘要】：低速重載齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的重型設(shè)備中,尤其是在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)過程中發(fā)揮著不可替代的作用。在極端的工況下,重載齒輪容易出現(xiàn)疲勞微裂紋,進(jìn)而造成裂紋擴(kuò)展直至斷裂,引起人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。為了避免齒輪的早期失效,有必要開展裂紋擴(kuò)展規(guī)律以及擴(kuò)展特性的研究。為了研究低速重載齒輪裂紋的擴(kuò)展機(jī)理,綜合運(yùn)用斷裂力學(xué)和擴(kuò)展有限元法,探究齒輪裂紋擴(kuò)展規(guī)律及擴(kuò)展特性,并對(duì)齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展的關(guān)鍵因素-應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行數(shù)值仿真分析,對(duì)影響應(yīng)力強(qiáng)度因子的因素進(jìn)行研究。首先,利用SolidWorks對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模,將齒輪裝配體導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行動(dòng)態(tài)嚙合接觸分析,得到“最大應(yīng)力區(qū)”,即齒根圓到基圓之間的區(qū)域,并將其定義為齒輪裂紋萌生區(qū)域;其次分析了不同裂紋長(zhǎng)度下齒根處裂紋和基圓處裂紋對(duì)固有特性的影響,結(jié)果顯示裂紋的出現(xiàn)降低了齒輪的固有頻率,通過對(duì)比基圓裂紋和齒根裂紋對(duì)各階固有頻率的影響變化圖發(fā)現(xiàn),齒根處裂紋對(duì)各階頻率的影響程度要比基圓處裂紋對(duì)各階頻率的影響程度大;然后,利用ABAQUS求解了裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子,結(jié)果表明了I型應(yīng)力強(qiáng)度因子是裂紋擴(kuò)展的主導(dǎo)因素,并進(jìn)一步探討了裂紋大小、裂紋形狀以及載荷的變化對(duì)I型應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律;最后,利用擴(kuò)展有限元法研究了不同初始裂紋位置和不同初始裂紋角度下裂紋的擴(kuò)展規(guī)律,結(jié)果表明,隨著初始裂紋位置逐漸向齒頂偏移,裂紋的擴(kuò)展軌跡逐漸向齒頂移動(dòng),當(dāng)裂紋傾角為60°時(shí),裂紋尖端位移為最大,裂紋最容易擴(kuò)展。研究結(jié)果對(duì)于發(fā)展齒輪疲勞斷裂理論,提高齒輪服役性能具有重要意義。圖63幅;表4個(gè);參58篇。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TF341
【圖文】：

第 1 章 緒論由于煉鋼工藝的特殊要求，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)啟停機(jī)頻繁、且要定期傾倒鋼水，因此設(shè)備要承受巨大的沖擊負(fù)荷，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)如圖 1 所示。本文以某鋼廠轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)次級(jí)減速器中的一對(duì)重載齒輪為研究對(duì)象，如圖 2 所示，為了弄清低速重載齒輪發(fā)生疲勞裂紋后輪齒的各項(xiàng)工作指標(biāo)在工作中的變化，從而針對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、抗斷裂設(shè)計(jì)，以提高傳動(dòng)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)齒輪的使用壽命[18-19]，保障機(jī)器的安全運(yùn)行，有必要對(duì)輪齒斷裂現(xiàn)象進(jìn)行研究。因此研究裂紋齒輪的動(dòng)力特性，以及裂紋擴(kuò)展中的應(yīng)力場(chǎng)和擴(kuò)展路徑等問題就具有非常重要的意義。

第 1 章 緒論由于煉鋼工藝的特殊要求，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)啟停機(jī)頻繁、且要定期傾倒鋼水，因此設(shè)備要承受巨大的沖擊負(fù)荷，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)如圖 1 所示。本文以某鋼廠轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)次級(jí)減速器中的一對(duì)重載齒輪為研究對(duì)象，如圖 2 所示，為了弄清低速重載齒輪發(fā)生疲勞裂紋后輪齒的各項(xiàng)工作指標(biāo)在工作中的變化，從而針對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、抗斷裂設(shè)計(jì)，以提高傳動(dòng)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)齒輪的使用壽命[18-19]，保障機(jī)器的安全運(yùn)行，有必要對(duì)輪齒斷裂現(xiàn)象進(jìn)行研究。因此研究裂紋齒輪的動(dòng)力特性，以及裂紋擴(kuò)展中的應(yīng)力場(chǎng)和擴(kuò)展路徑等問題就具有非常重要的意義。

- 13 -圖 9 方程式驅(qū)動(dòng)的曲線生成漸開線Fig.9 Evolent is generation by equation-driven curve利用方程式分別創(chuàng)建齒根圓、基圓、分度圓和齒頂圓，如圖 10 所示。繪平構(gòu)造線，并剪裁分度圓，留下一段圓弧與構(gòu)造線和漸開線相交，然后用義該段分度圓圓��；創(chuàng)建一段圓弧并分別與齒根圓和漸開線相切，用方程弧半徑，繪制結(jié)果如圖 11 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2801433