传动齿轮疲劳寿命的仿真分析_魏忠良new

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1、电子机械工程2010年第26卷第6期56Electro－MechanicalEngineering2010．Vol．26No．6*传动齿轮疲劳寿命的仿真分析魏忠良，陈玉振，岳振兴(南京电子技术研究所，江苏南京210039)摘要:齿轮传动在雷达天线座传动系统中被广泛采用，目前正向着高速、低噪、轻质、精密的方向发展。针对雷达天线座齿轮传动系统的特点，以其末级一对渐开线直齿轮副为研究对象，运用协同仿真技术，结合了动力学分析与有限元静强度分析，对齿轮的疲劳寿命进行了预测，得到了齿轮的S－N曲线，为齿轮的设计与维护保障提供了依据。关键词:齿轮;疲劳寿命;动力学;有限元;

2、协同仿真中图分类号:TP391．9;TH132．41文献标识码:A文章编号:1008－5300(2010)06－0056－03SimulationAnalysisofGearFatigueLifeWEIZhong-liang，CHENYu-zhen，YUEZhen-xing(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039，China)Abstract:Geardriveiswidelyusedintheradarantennapedestaltransmissionsystem．Atp

3、resentitisdevelo-pingtowardhighspeed，lownoise，lightweightandhighprecision．Thisarticlefocusesonthecharacteristicsoftheradarantennapedestalgeardrivesystem，andtakesitslastpairofinvolutespurgearasthestudyob-ject．Bytheuseofthecooperationsimulationtechnology，thefatiguelifepredictionoftran

4、smissiongearandS-Ncurvewasgainedwhichcanprovidereferencesforthedesignandmaintenanceofthegear．Keywords:gear;fatiguelife;dynamic;finiteelement;collaborativesimulation法，在计算中引入了两个假设，忽略了剪应力和压应力0引言的影响，带有很大的近似性。齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠等文中以雷达天线座末级齿轮传动装置为研究对象优点，在雷达传动设计中有着广泛的应用。齿轮传动(如图1所示)，利用多体动

5、力学仿真和有限元分析相的失效将直接影响系统性能，甚至造成雷达无法正常结合的疲劳设计方法，利用多种软件进行协同仿真，计工作。齿轮失效主要发生在轮齿，主要原因有过载、疲算得到齿轮弯曲疲劳寿命，提高了雷达产品的设计质劳、点蚀和胶合等。其中，疲劳破坏是常见的一种破坏量，缩短了研制周期，降低了研制成本。形式。目前齿轮在实际负荷下的疲劳寿命分布计算一般可以通过疲劳试验来完成。然而，常常由于试验条件、时间的限制，使得疲劳试验难以实现。因此，探讨一种有效的计算方法是十分必要的。圆柱齿轮主要有两种失效形式，即接触疲劳失效和弯曲疲劳失效。弯曲疲劳发生主要在齿根部，这是因为轮齿在载

6、荷作用下，其根部所产生的弯曲应力最大，且在齿根过渡圆角处有应力集中。同时，齿轮在转图1天级座末级齿轮副效果图动过程中使轮齿重复受载，在交变应力反复作用下，齿［1］根处将产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致轮齿弯曲疲劳折1机械疲劳的主要影响因素断。传统的齿根弯曲疲劳强度计算采用了力学设计方疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环*收稿日期:2010－08－17第6期魏忠良，等:传动齿轮疲劳寿命的仿真分析57载荷的次数或时间。1．1形状因素在结构受力时，截面突变处会出现应力集中现象。大量疲劳破坏事故和试验说明，疲劳源总是出现在应力集中的地方，应力集中使结构的疲劳强度降低。

7、所以，疲劳设计时必须考虑应力集中效应。1．2尺寸效应零件的尺寸对其疲劳强度影响极大。一般来说，图2齿轮传动机构动力学仿真模型零件的尺寸增大，则疲劳强度就降低。主要原因是，相速为5rad/min，定义齿轮间静摩擦系数0．1，动摩擦系比小型零件，大型零件缺陷多，压延比较小，淬透深度数0．05，通过动力学分析得到齿轮啮合线上的载荷小，材质较差等。谱，图3、图4分别为作用在齿轮啮合线上的径向和切1．3表面状态的影响向载荷谱(以主动轮中心轴为圆心)。啮合力在一个零件的表面状态对疲劳强度有较大的影响。疲劳均值(传动载荷)附近以一定的幅值上下波动。裂纹常常从零件表面开始，因

8、为表面应力最高，加上表面的应力集中，容