基于拓展有限元的齿轮点蚀磨粒形态学特征模拟.pdf

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1、第52卷第15期机械工程学报Vol.52No.152016年8月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGAug.2016DOI：10.3901/JME.2016.15.099*基于拓展有限元的齿轮点蚀磨粒形态学特征模拟程俊王硕武通海陈峰(西安交通大学现代设计与转子轴承系统教育部重点实验室西安710049)摘要：疲劳点蚀是齿轮摩擦副的典型固有磨损特征，其产生的点蚀磨粒已经被用于理解疲劳磨损的发生和发展机理，由于缺乏理论模拟，基于磨粒特征的疲劳磨损机理判断还停留在经验分析层面。为此，拟通过齿

2、轮接触疲劳点蚀的数值模拟，研究点蚀磨粒形态特征，为在线磨粒特征表征磨损状态的方法提供理论探索。在考虑弹流润滑的条件下，建立齿轮副局部接触模型，并采用拓展有限元法(Extendedfiniteelementmethod,XFEM)模拟表面萌生裂纹的拓展过程。进一步分析工况与点蚀磨粒形态特征的关系，结果表明，点蚀磨粒长轴尺寸随初始萌生裂纹的长度增加而增大，随载荷的增加而减小；点蚀磨粒的厚度随初始萌生裂纹的深度增加而增大。通过与已发表的试验结果进行对比，该模型所得到的点蚀形貌尺寸和形状与试验得到的点蚀形貌基本一致

3、，从而验证了该模型的有效性。关键词：疲劳点蚀；齿轮；磨粒；裂纹拓展中图分类号：TH117MorphologicalFeatureSimulationofGearPittingDebrisBasedontheExtendedFiniteElementMethodCHENGJunWANGShuoWUTonghaiCHENFeng(KeyLaboratoryofEducationMinistryforModernDesignandRotor-BearingSystem,Xi’anJiaotongUniversit

4、y,Xi’an710049)Abstract：Fatiguepittingisoneoftheinherentfeaturesofgear’swearmechanism.Accordingly,themorphologicalfeatureofpittingdebrishasbeenadoptedininterpretingtheoccurrenceanddevelopmentoffatiguefailure.However,theaccordanceofthispracticehasremainedine

5、xperientiallevelduetothelackoftheoreticalsupport.Aimingattheon-linemonitoringoffatiguepittingfailureviaparticles,anumericalanalysisoffatiguepittingprocessisproposedtoextractthemorphologicalfeaturesofpittingparticles.Asimplifiedlocalcontactmodelofgearsiscon

6、structedconsideringtheconditionofelasto-hydrodynamiclubrication(EHL).Anextendedfiniteelementmethod(XFEM)isintroducedtosimulatethepropagationofaninitialmicro-crack.Apittingprocessissimulatedusingtheproposedmethodandtheinfluencesofboundaryconditionsonthemorp

7、hologicalfeaturesofwearparticlesareanalyzed.Resultsshowthatthemajordimensionofthepittingparticledependsonboththelengthoftheinitialcrackandtheappliedload.Anditsminordimensiondependsonthelengthoftheinitialcrack.Tovalidatetheeffectivenessoftheproposedmodel,so

8、mereportedexperimentalresultsareadoptedforcomparisons.Similardimensionsofthecalculatedcrackandtheexperimentalonerevealtheaccuracyoftheproposedmodel.Keywords：fatiguepitting；gear；weardebris；crackpropagation工况下的