基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真.pdf

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1、第43卷第1期2011年2月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．43No．1Feb．2011基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真刘双朱如鹏(南京航空航天大学机电学院，南京，210016)摘要：齿轮在传动过程中经常发生断裂，严重影响了齿轮的使用。本文研究了齿轮齿根裂纹扩展特性，为齿轮安全设计打下基础。通过Pro／E参数化建模建立一对啮合渐开线齿轮，加栽一定载荷后通过分析得到最大应力区域、假定裂纹源头和初始裂纹方向；在应力强度因子的计算过程中，从线弹性断裂力学角度出发，应用ABAQUS软件计

2、算得到裂纹尖端应力强度因子；根据最大周向应力法，计算了裂纹失稳后的扩展角，并在ABAQUS中分步模拟了裂纹的扩展趋势；当kI值发生突变后，裂纹迅速扩展以致轮齿断裂。关键词：齿轮；断裂；裂纹扩展；ABAQUS中图分类号：THl32．4文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)01—0086—05SimulationonPropagationofInvoluteGearToothBasedonABAQUSLiuShuang，ZhuRupeng(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronau

3、tics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Geartoothrootfracturefrequentlyhappensinthecourseoftransmission，thusithasgreatef—feetinthegearuse．Thecrackpropagationpropertiesofgeardesignofthesafetygeararestudied．Themodelingoftwo—matchedinvolutegearismadebyusingPROEparametricdesignlanguage．Then，th

4、ecrackinitiationposition，thedirectionofcrackpropatationandtheareaofthemaxstressareobtained．Accordingtothe1inearelasticfracturemechanicsmethod．thecracktipstressintensityfactoriScalculat—edbyABAQUS．Thecrackpropagationdirectionisdiscussedbymaximumcircumferentialstressmethod．Thecrackangleiscomputedand

5、thecrackpropagationissimulatedbyABAQUS。ThegeartoothleadstobreakagewhenthevalueofkIhasoutvariety．Keywords：gears；fracture；crackpropagation；ABAQUS齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。齿轮传动的主要优点有：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。齿轮传动的失效一般发生在轮齿上，通常有齿面损伤和齿轮折断两种形式。齿轮折断一般发生在齿根部位，包括疲劳折断和过载折断[1]。为了提高齿轮的可靠性和使用寿命，有必要对齿轮根部的断裂现象进行

6、研究。本文将从断裂力学角度出发，采用有限元的计算方法，研究齿根的断裂。基金项目：国家自然科学基金(50775108)资助项收稿日期：2010—05—28；修订日期：2010—07—04通讯作者：刘双，女，讲师，1978年3月生，E—mail1轮齿断裂分析应力强度因子是描述裂纹尖端的一个参数，它与载荷大小以及几何有关，共有3种断裂模型‘2](图1)，在任何应力下的裂尖应力场为叮。(r，口)=枭咒(伊)以石“”。皂月(口)~／2nr。+；(口)+(1)式中：，．为距裂尖的距离；咿一arctan(z2／z1)；KI为目；航空科技创新基金(08852004)资助项目。：Meesliu@nuaa．e

7、du．cn。f法第1期刘双，等：基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真87鼷樱鲤I型(张开)裂纹应力强度因子；K。为I型(张开)应力强度因子；K．为Ⅲ型(撕开)应力强度因子。对于二维裂纹，假定K．为0。％一．L2／-f磊COS丢口Ktc。s2丢汐一号K-sin口)(2)如一—弓=cos寺矩(KIsin8+KI(3cos8—1)]Z~／Z玎r厶(3)裂纹扩展方向根据条件Oa卯／ag=0或者铂=0，得到r厂——————