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汽车传动系统齿轮动态疲劳寿命分析
| 论文题名： | 汽车传动系统齿轮动态疲劳寿命分析 |
| 关键词： | 汽车传动齿轮;疲劳寿命;瞬态动力学;有限元分析 |
| 摘要： | 齿轮是汽车传动系统最主要的零部件，承担着改变转矩、转速的重要作用，其强度与疲劳寿命直接影响整个传动系统。目前针对汽车传动系统齿轮的疲劳分析大多以静力学结果为基础，不能反映齿轮运转过程中动态特性对齿轮疲劳寿命的影响。本文以某低速级电动汽车主减速器齿轮为研究对象，分别通过时域和频域两种疲劳分析方法进行动态疲劳寿命分析，并通过试验验证仿真结果。本文主要研究工作如下： （1）对齿轮进行强度校核，常用工况接触分析和使用寿命计算。根据GB/T3480-2021标准进行弯曲和接触强度校核；基于齿轮常用工况进行传动误差、滑动率等接触特性分析及使用寿命计算；对齿轮进行静态接触分析，根据仿真得到的应力结果结合齿轮材料的S-N曲线对齿轮副进行多工况组合疲劳寿命分析。通过理论与仿真结果对比，验证了仿真模型的正确性。 （2）开展了齿轮时域疲劳寿命的研究。通过瞬态动力学模块对齿轮副的传动过程进行动态分析，分析了传动过程中齿轮在不同啮合位置第一主应力、接触应力、VonMises应力最大值的变化情况；将应力时域曲线通过傅里叶变换转化为应力频域曲线，得到应力在频域内的分布情况；根据动态应力分析结果，应用名义应力法结合疲劳损伤理论和齿轮材料的S-N曲线，在疲劳分析软件NcodeDesignlife中对齿轮副进行时域疲劳寿命计算。 （3）开展了齿轮频域疲劳寿命的研究。首先对齿轮进行模态分析，根据模态分析结果应用模态叠加法对齿轮进行频率响应分析，分析了从动轮在0-8000Hz频率范围内轴向和周向的位移和加速度频率响应；应用多体动力学模块计算齿轮在啮合过程中速度随时间的变化曲线，将其转化为速度功率谱密度；通过NcodeDesignlife软件随机振动疲劳模块结合频率响应分析得到的频响函数及速度功率谱密度进行频域内振动疲劳寿命分析。 （4）开展了齿轮接触疲劳试验。利用封闭功率流式疲劳试验台对齿轮进行接触疲劳试验，试验过程中通过显微镜对齿轮进行点蚀监测，通过提取润滑油液中的磨粒信息对齿轮进行磨损监测，记录齿轮的失效时间，得到疲劳寿命结果。齿轮失效后，将轮齿放在扫描电镜（SEM）下观察齿轮表面的失效情况。对比试验与时域疲劳寿命和频域疲劳寿命，结果表明时域疲劳寿命计算结果偏危险，频域疲劳寿命计算结果偏保守，两者计算结果误差均在合理范围内。相比于静态疲劳分析，时域和频域疲劳分析可以反映齿轮啮合过程中动态特性对齿轮疲劳寿命的影响，能够更为准确地预测齿轮的疲劳寿命。 |
| 作者： | 王玉 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李丽君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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