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汽车齿轮表面疲劳裂纹扩展机理研究
| 论文题名： | 汽车齿轮表面疲劳裂纹扩展机理研究 |
| 关键词： | 汽车齿轮;直齿圆柱齿轮;疲劳裂纹扩展;应力强度;裂纹扩展速率 |
| 摘要： | 齿轮是传递运动和动力的关键基础件，齿轮的质量直接决定了机械产品的质量和性能。疲劳失效是齿轮的主要失效形式之一，裂纹前缘应力强度因子（SIF）是影响齿轮疲劳的关键因素，裂纹扩展速率是评价疲劳裂纹扩展的重要指标。 本文基于三维建模软件Pro/E，采用参数化建模方式，建立了直齿圆柱齿轮几何模型。将建立的几何模型导入有限元软件ABAQUS中，以三维椭圆柱模拟初始疲劳裂纹，建立直齿圆柱齿轮疲劳裂纹分析有限元模拟模型。 基于直齿圆柱齿轮疲劳裂纹分析有限元模型，分析了转矩、摩擦系数、裂纹初始深度、位置及裂纹几何尺寸等因素对裂纹前缘SIF的影响，结果表明：裂纹前缘Ⅰ型和Ⅱ型SIF的分布呈近似抛物线状，裂纹前缘Ⅲ型SIF的分布呈近似正弦曲线状。裂纹前缘Ⅰ型SIF远远大于裂纹前缘Ⅱ型和Ⅲ型SIF，这表明直齿圆柱齿轮疲劳裂纹扩展以张开型为主。随着转矩的增大，裂纹前缘Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型SIF增大，但裂纹前缘中点处的Ⅲ型SIF仍然为零。随着摩擦系数的增大，裂纹前缘Ⅰ型SIF增大，裂纹前缘Ⅱ型和Ⅲ型SIF基本不变。随着裂纹初始深度的增大，裂纹前缘Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型SIF减小，但裂纹前缘中点处的Ⅲ型SIF仍然为零。随着裂纹初始位置的变化，裂纹前缘Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型SIF均发生变化。随着裂纹长轴的增大，裂纹前缘Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型SIF增大，但裂纹前缘中点处的Ⅲ型SIF仍然为零。随着裂纹短轴的增大，裂纹前缘Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型SIF减小，但裂纹前缘中点处的Ⅲ型SIF仍然为零。 基于直齿圆柱齿轮疲劳裂纹分析有限元模型，分析了转矩、摩擦系数、裂纹初始深度、位置及裂纹几何尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响，结果表明：随着转矩的增大，裂纹扩展速率增大；随着摩擦系数的增大，裂纹扩展速率增大；随着裂纹初始深度的增大，裂纹扩展速率减小；随着裂纹初始位置的变化，裂纹扩展速率先减小然后增大再减小；随着裂纹长轴的增大，裂纹扩展速率先增大然后趋于平稳；随着裂纹短轴的增大，裂纹扩展速率减小。 研究结果对于发展齿轮疲劳断裂理论，提高齿轮服役性能具有一定的理论价值和实际意义。 |
| 作者： | 才建 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 韩星会 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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