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高速动车组齿轮箱斜齿轮副弯曲疲劳寿命仿真分析
| 论文题名： | 高速动车组齿轮箱斜齿轮副弯曲疲劳寿命仿真分析 |
| 关键词： | 高铁齿轮箱;斜齿轮副;疲劳寿命 |
| 摘要： | 齿轮作为高速动车组传动系统的重要工作部件，在高速动车组安全、可靠的运行过程中起着不可替代的作用。在高速动车组列车运行过程中，经常会出现加速、减速、紧急刹车等复杂工况，而这些具有破坏性的复杂工况会极大降低齿轮寿命。一旦齿轮发生失效，将直接影响到整个列车的安全运行，进而危及乘客的生命财产安全。有资料表明，高铁齿轮箱故障中，约60％为齿轮失效；齿轮的主要失效形式有两种，所占比重最大的为疲劳断齿，表面接触疲劳所占比例次之。因此有必要对高铁齿轮箱斜齿轮副进行疲劳研究。 本研究主要内容包括：⑴基于加工坐标系下的渐开线方程和齿根过渡曲线方程，在UG软件中建立高速动车组斜齿轮副的三维模型，并利用装配和运动仿真模块，对斜齿轮副进行装配及运动仿真，验证齿轮模型的合理性。⑵在UG软件中建立试验齿轮及夹具的三维模型，将装配模型导入到ABAQUS中，在静力学模块中计算恒定载荷下试验齿轮的应力应变；将试验齿轮的有限元结果导入到FE-SAFE软件中，分别采用名义应力法和局部应力应变法计算了试验齿轮的疲劳寿命。进行了试验齿轮的弯曲疲劳试验，将两种有限元疲劳分析结果与试验结果进行对比，确定出齿轮弯曲疲劳的最佳损伤模型。⑶将斜齿轮副三维模型导入到ABAQUS中，利用ABAQUS的静力学模块计算静载荷下斜齿轮的应力应变；在FE-SAFE软件中，采用前面确定的最佳损伤模型计算了斜齿轮副的弯曲疲劳寿命，随后研究了载荷、表面粗糙度、残余应力以及轮齿修形对斜齿轮副疲劳寿命的影响规律。⑷将含半椭圆形初始裂纹的斜齿轮副三维模型导入到ABAQUS中，计算出齿根裂纹前缘的应力强度因子，并研究了载荷、裂纹大小和裂纹形状对裂纹应力强度因子的影响规律。⑸利用ABAQUS软件XFEM模块的裂纹自动扩展功能，模拟出斜齿轮齿根裂纹的扩展轨迹，利用Paris公式估算了齿根裂纹扩展寿命。随后分析了载荷、裂纹大小、裂纹形状以及修形对裂纹扩展寿命的影响规律。 |
| 作者： | 李刚 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李秀红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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