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装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析

夏云清

   装载机驱动桥差速器齿轮的寿命预测对驱动桥的结构设计具有重要意义,但因装载机结构和受力情况复杂,预测结果与实际寿命的差距都很大。论文以ZL50轮式装载机差速器齿轮为研究对象,应用概率统计法、非线性接触有限元理论与疲劳分析理论,深入、系统地研究了差速器齿轮非线性接触有限元计算和疲劳分析与寿命预测的方法,分析了载荷谱、齿轮实体模型和材料力学特性参数的不确定性对疲劳寿命预测的影响。 通过分析轮式装载机的实际工况,依据发动机与液力变矩器共同作用的匹配特性曲线,确定了装载机最大工作载荷。在此基础上,以装载机载荷的正态分布函数为依据,运用“3σ”法则和概率统计法,并根据程序载荷谱的分级原则,编制了装载机差速器齿轮的程序转矩载荷谱。 依据差速器齿轮的齿廓曲线与齿根过渡曲线方程,利用Pro/E参数化建模功能创建了精确的差速器齿轮三维实体模型,为其有限元分析与疲劳寿命分析打下了基础。 采用非线性接触有限元法对差速器齿轮进行齿轮接触全过程的数值模拟,探讨了单元类型与网格质量、约束方式和接触实常数的设置对非线性计算的收敛性和结果精度的影响,并建立了疲劳寿命分析相应的应力谱。 对基于差速器齿轮有限元实际应力谱的疲劳寿命分析,以材料的S-N疲劳特性曲线为基础,分别讨论了应力集中、尺寸效应和表面状况对零件疲劳寿命的影响,建立了零件的S-N曲线方程;探讨了钢材料临界疲劳损伤DC R的取值范围;运用Elementary Miner法则和Haibach法则修正后的Miner理论,分别对差速器半轴齿轮进行弯曲疲劳寿命预测,得到了半轴齿轮的中位使用寿命区间,并探讨了载荷数据统计对疲劳寿命分析的影响。 研究结果表明:利用准确的齿面方程建立的齿轮三维模型,在有限元三维虚拟环境下进行力学分析,精度是足够的。当装载机的载荷服从正态分布,差速器齿轮的载荷谱为对称循环载荷时,在一对轮齿从接触到分离的啮合周期内,可以得到齿轮薄弱环节的应力谱,利用疲劳累积损伤理论,即可预测出齿轮的疲劳寿命。装载机在实际工作环境的试验表明:寿命预测结果与实际情况相符,验证了研究方法的可信性。同时,为其它齿轮寿命预测提供了新的方法和理论。……   
[关键词]:装载机;差速器齿轮;载荷谱;非线性接触;疲劳寿命
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江理工大学2010年