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随机载荷下齿轮弯曲疲劳强度的研究

作　者: 祖世华
导　师: 许洪斌
学　校: 重庆工学院
专　业: 车辆工程
关键词: 齿轮疲劳随机载荷载荷分布
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

齿轮是机械产品中的重要基础零件,齿轮传动是机械传动的主要形式,它具有速比范围大、功率范围广、传动效率高、结构紧凑等一系列优点,特别是近年来,随着汽车、航空航天技术的飞速发展,齿轮传动作为极其重要的机械传动形式而深受人们的关注。疲劳失效是齿轮类零件主要的失效形式。传统的齿轮传动的设计方法是按齿轮在传动过程中的最大载荷在等幅疲劳强度下的设计,一般都没有具体的考虑随机载荷波动对齿轮传动寿命的影响。这种方法主要是为满足强度、疲劳寿命、重量、体积等条件的静态设计,因而往往会出现振动大、噪音高等问题。为了同时保证重量轻、噪音低等特殊设计要求,齿轮系统的某些参数和静态性能指标通常不得不设计在接近失效极限的边缘状态,这就带来了性能预测及寿命预测不准确等相关问题,往往因为很小的问题却造成巨大的损失。本文在国家科技支撑计划课题“大功率风电机组研制与示范”子课题“1.5MW以上风电机组齿轮箱的研制及产业化”(项目编号:2006036004099)资助下,在分析、研究国内外关于结构疲劳寿命分析预测的理论和方法及其研究概况的基础上综合运用了疲劳累积理论、疲劳载荷计数方法和齿轮疲劳试验技术等方法对在随机载荷条件下工作的齿轮弯曲疲劳设计方法和寿命预测方法进行了深入的理论分析和试验研究。主要工作内容包括:首先,齿轮随机疲劳载荷计数方法的研究,分析不同于传统且适用于齿轮疲劳载荷的计数方法;其次,根据疲劳累积损伤等效的原则推导了随机载荷的当量载荷计算公式,分析了载荷谱分布参数对当量载荷的影响,并分析了齿轮疲劳载荷的分布规律对齿轮寿命的影响规律,得出了量化的数值关系,为随机载荷条件下齿轮的设计提供指导;最后,分析研究了随机载荷条件下进行齿轮弯曲疲劳试验的方法,研究了试验载荷谱的编制方法,并在电液伺服疲劳试验机上进行了齿轮的弯曲疲劳试验,得出随机载荷条件下齿轮弯曲疲劳强度,与恒幅载荷下的齿轮弯曲疲劳强度和理论分析结果进行了对比,验证了理论分析结果的正确性和可行性。本论文通过系统研究,总结归纳了随机载荷的分布参数对齿轮寿命的影响,论文的结论将对随机工况下齿轮合理设计和优化起到一定的指导和借鉴意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 论文研究问题的提出及研究意义  10-11
    1.1.1 论文研究问题的提出  10-11
    1.1.2 论文的研究意义  11
  1.2 国内外研究概况  11-15
    1.2.1 疲劳问题的研究历史  11-13
    1.2.2 疲劳问题在国内外的研究现状  13
    1.2.3 随机载荷作用下结构的疲劳分析  13-15
  1.3 本论文的研究内容  15-16
第二章随机载荷谱统计处理方法的研究  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 齿轮疲劳载荷计数方法的研究  16-21
    2.2.1 传统的疲劳载荷计数方法  16-17
    2.2.2 传统齿轮疲劳载荷计数方法的局限性  17-19
    2.2.3 齿轮疲劳载荷计数方法  19-21
  2.3 载荷谱统计分布规律的研究  21-24
    2.3.1 随机载荷的统计分布规律  21-22
    2.3.2 随机载荷分布参数的估计方法  22-23
    2.3.3 载荷谱最大值的确定  23-24
  2.4 算例和结果分析  24-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章载荷谱分布参数对齿轮弯曲寿命的影响  28-42
  3.1 引言  28
  3.2 恒幅循环加载与随机加载对疲劳损伤等效性的研究  28-32
    3.2.1 齿轮材料的S-N 曲线  28-29
    3.2.2 疲劳累积损伤理论  29-31
    3.2.3 随机载荷的等效载荷计算公式  31-32
  3.3 载荷谱分布参数对等效载荷的影响  32-38
    3.3.1 载荷谱服从正态分布的情况  32-34
    3.3.2 载荷谱服从三参数威布尔分布的情况  34-36
    3.3.3 载荷谱服从对数正态分布的情况  36-38
  3.4 随机载荷对轮齿寿命的影响  38
  3.5 随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限  38-41
    3.5.1 齿轮材料的疲劳极限  38
    3.5.2 材料P-S-N 曲线的修正  38-40
    3.5.3 随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论分析  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章齿轮弯曲疲劳强度的试验研究  42-72
  4.1 试验的目的  42
  4.2 试验方法的选择  42
  4.3 试验齿轮及夹具设计  42-50
    4.3.1 试验齿轮设计  42-43
    4.3.2 试验齿轮夹具设计  43-50
  4.4 试验平台  50-51
  4.5 齿轮的静弯曲强度试验  51-52
  4.6 疲劳试验方法与数据处理方法  52-54
    4.6.1 定应力时的疲劳失效寿命分布参数的估计  52-54
    4.6.2 R-S-N 线簇方程的拟合  54
    4.6.3 定寿命下不同可靠度的疲劳强度分布的估计  54
  4.7 恒幅载荷下齿轮的弯曲疲劳强度试验  54-60
    4.7.1 试验过程及试验结果  54-55
    4.7.2 试验结果的统计分析  55-60
  4.8 随机载荷下齿轮的弯曲疲劳强度试验  60-69
    4.8.1 随机载荷谱的编制方法  60-63
    4.8.2 试验过程与实验结果  63-64
    4.8.3 试验结果的统计分析  64-69
  4.9 试验结果的比较  69-70
    4.9.1 随机载荷下试验结果与恒幅载荷下试验结果的比较  69
    4.9.2 与理论结果的比较  69-70
    4.9.3 试验误差  70
  4.10 本章小结  70-72
第五章全文总结及展望  72-74
  5.1 结论  72-73
    5.1.1 载荷谱分布参数对轮齿弯曲寿命的影响  72
    5.1.2 齿轮弯曲疲劳强度试验  72-73
  5.2 展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  78

随机载荷下齿轮弯曲疲劳强度的研究

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