本文關(guān)鍵詞：基于二維載荷譜的齒輪傳動(dòng)疲勞壽命估算方法研究

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【摘要】：近年來(lái)電力日益成為不可或缺的能源,與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比,新興的風(fēng)力發(fā)電具有無(wú)污染發(fā)電地域廣等優(yōu)點(diǎn)。這使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)生產(chǎn)成為熱門(mén)行業(yè)。在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中行星傳動(dòng)增速齒輪箱的地位顯得至關(guān)重要,而在齒輪箱統(tǒng)計(jì)出的故障總體中齒輪傳動(dòng)的故障約占到60%。增速齒輪箱一般安裝在十幾米甚至幾十米的空中,而且在齒輪嚙合過(guò)程中,受風(fēng)速波動(dòng)及環(huán)境影響較大,齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)鍵問(wèn)題是齒輪本身的生產(chǎn)、裝配精度及其日常維護(hù)能力。齒輪是一種高度復(fù)雜的機(jī)械加工中成形零件,風(fēng)電齒輪箱中的齒輪不僅在高速、重載下運(yùn)行,而且其工作條件又比其他零部件工作環(huán)境更加惡劣。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的增速齒輪箱一旦發(fā)生故障,對(duì)其進(jìn)行維修或者更換將花費(fèi)較大的人力物力。正因如此,繪制齒輪箱中齒輪傳動(dòng)的載荷譜并據(jù)此進(jìn)行可靠性壽命估算有著十分重要的意義。本文以行星齒輪增速齒輪箱為研究對(duì)象,利用Siemens NX 8.0軟件的高級(jí)仿真模塊對(duì)齒輪箱的三維模型進(jìn)行柔性體仿真,對(duì)各部件定義材料劃分網(wǎng)格,之后對(duì)其施加約束,分析計(jì)算結(jié)果后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。將要分析的齒輪定義為柔性體,為使仿真結(jié)果更接近于實(shí)際情況,齒輪承受的載荷是與風(fēng)速相關(guān)的,而風(fēng)速在一定時(shí)間內(nèi)是服從威布爾分布的,由MATLAB軟件生成一組服從威布爾分布的數(shù)據(jù),并將這組數(shù)據(jù)作為仿真分析的輸入載荷。由此得到齒輪受載的時(shí)間——載荷歷程。應(yīng)用MATLAB編寫(xiě)雨流計(jì)數(shù)法的程序,提取出載荷循環(huán),計(jì)算并統(tǒng)計(jì)出構(gòu)件所受載荷的幅值、均值以及頻次,建立載荷譜。根據(jù)前人總結(jié)得出的經(jīng)驗(yàn)公式及相似材料的疲勞試驗(yàn)結(jié)果,建立等幅疲勞中值S a-S m-N曲面。應(yīng)用Miner線性累積法則,將應(yīng)力幅值和應(yīng)力均值擴(kuò)展到二維概率密度曲面,計(jì)算出整個(gè)工作期間各級(jí)應(yīng)力對(duì)構(gòu)件造成的損傷程度,當(dāng)經(jīng)過(guò)若干次循環(huán)損傷度累加至1(100%)時(shí),構(gòu)件便發(fā)生疲勞破壞(工程裂紋)。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算構(gòu)件在該工況下的應(yīng)力集中部位的疲勞壽命,預(yù)測(cè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)壽命,為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)疲勞壽命分析提供支撐。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電齒輪箱 雨流法 疲勞載荷譜 疲勞壽命估算
【學(xué)位授予單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH132.41
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題的背景及意義9
• 1.2 研究目的9-10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.3.1 中國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的過(guò)程10-11
• 1.3.2 風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.3.3 疲勞載荷譜研究動(dòng)態(tài)11-12
• 1.4 研究?jī)?nèi)容12-13
• 第2章 齒輪箱失效分析13-20
• 2.1 國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)概況13-15
• 2.1.1 我國(guó)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)的現(xiàn)狀13-15
• 2.1.2 風(fēng)電齒輪箱存在的問(wèn)題15
• 2.2 齒輪箱故障分類(lèi)15-16
• 2.3 齒輪箱試驗(yàn)內(nèi)容16-17
• 2.4 齒輪箱主要零部件的強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)17-18
• 2.5 疲勞定義18-19
• 2.6 本章小結(jié)19-20
• 第3章 齒輪箱仿真20-30
• 3.1 高級(jí)仿真20-21
• 3.2 一般分析工作流程21-22
• 3.3 齒輪箱仿真22-28
• 3.4 本章小結(jié)28-30
• 第4章 載荷譜編制30-41
• 4.1 隨機(jī)載荷波形的分類(lèi)30-31
• 4.2 材料的記憶特性31
• 4.3 變幅循環(huán)下的s -e 響應(yīng)計(jì)算31-34
• 4.4 滯后環(huán)和循環(huán)應(yīng)力—應(yīng)變響應(yīng)34-35
• 4.5 載荷譜編制35-40
• 4.6 本章小結(jié)40-41
• 第5章 疲勞載荷譜分析41-47
• 5.1 二維疲勞應(yīng)力概率分布41-43
• 5.2 裂紋形成的損傷當(dāng)量計(jì)算43-44
• 5.3 建立S_a-S_m-N曲面44-46
• 5.4 本章小結(jié)46-47
• 第6章 結(jié)論與展望47-48
• 6.1 結(jié)論47
• 6.2 展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-52
• 致謝52-53
• 申請(qǐng)學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文53-54
• 附錄54-62

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