任学平,武海锋

(内蒙古科技大学 机械工程学院,内蒙古 包头 014010)

0 引 言

当齿轮出现齿根裂纹时,其轮齿刚度会减小,在齿轮啮合过程中会引起异常振动,同时也会导致整个系统的动力学响应发生变化。齿轮作为传递速度和扭矩的重要零部件,其健康与否对齿轮箱的正常运行有着重要的影响。因此,通过动力学研究分析其力学的变化特性,从而提前预防裂纹扩展致使齿轮箱内部严重受损具有十分重要的研究意义。

建立良好的齿轮刚度及齿轮传动结构的数学模型可以精确地模拟实际工况下齿轮箱的运行状态。在以往计算齿轮啮合刚度时对不同齿数时齿根圆与基圆大小的关系考虑较少,导致计算结果有一定误差[1-2];且将齿轮的变形部分简化为轮齿部分,但未充分考虑轮体的变形。目前国内外的研究大多是基于刚体动力学仿真的基础上对其进行刚性动力学分析,但在对不同程度裂纹仿真的动力学响应研究中,并不能满足现有研究需要。

本文基于动力学仿真软件对带有齿根裂纹的故障进行分析研究,通过建立齿轮传动系统的扭转振动模型,利用ADAMS仿真得到的结果数据进行联合分析,最终得到结论,以期能够为平行轴齿轮箱故障诊断提供有力的理论依据和技术支持。

1 基于能量法的齿轮副啮合综合刚度算法

在最初的齿轮刚度能量算法中,考虑了对应的剪切刚度,但仍将轮齿部分视为非均匀悬臂梁;后来在此基础上充分考虑了轮体形变,即将非均匀悬臂梁的长度扩大到整个齿轮尺寸的二分之一,但未对轮体基圆与齿根圆的关系进行充分思考,导致对轮体均按基圆尺寸计算时,对于大齿数齿轮刚度计算结果误差较大。……