地铁车辆传动系统斜齿轮裂纹扩展分析及剩余寿命预估
发布时间：2022-08-07 22:54
在当今社会快速发展的进程中,城市轨道交通的发展显得异常的重要,其中地铁车辆作为城市轨道交通的重要组成部分,其运营质量与城市轨道交通的发展息息相关。其中地铁车辆传动系统中的齿轮,对地铁车辆传动系统的正常运行起着至关重要的作用,其工作状况直接决定了地铁车辆是否能够安全运行。随着全国城市轨道交通总运营里程的不断增加,地铁车辆传动系统齿轮出现轮齿发生弯曲疲劳断裂失效的概率也在不断上升,严重影响了地铁车辆的运营安全。一旦地铁车辆在运营过程中,传动系统齿轮发生弯曲疲劳破坏,将会给国家和社会带来巨大的经济损失。因此,开展地铁车辆齿轮箱斜齿轮弯曲疲劳机理研究与提出一种齿轮弯曲疲劳寿命预测的新方法对城市轨道交通的发展具有重大意义,本文研究内容如下:1、利用ANAYS软件建立了地铁车辆齿轮箱斜齿轮啮合有限元模型,对斜齿轮的啮合过程进行瞬态动力学分析,根据地铁车辆在启动阶段交流电机的输出转矩,分析了斜齿轮在不同速度区间下齿根应力分布以及变化情况,得到了地铁车辆斜齿轮齿根裂纹的萌生位置,以及列车在启动阶段对齿根裂纹萌生影响最大的速度区间。然后通过在齿根最大主应力的最大值发生节点处建立局部坐标系,对斜齿轮沿法面...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及工程意义
1.2 齿轮的失效形式及其特征
1.3 国外齿轮弯曲疲劳研究现状
1.4 国内齿轮弯曲疲劳研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 地铁车辆传动斜齿轮啮合过程有限元仿真
2.1 引言
2.2 瞬态动力学分析简介
2.3 模型建立
2.4 有限元前处理
2.4.1 切分模型与划分网格
2.4.2 接触面设置
2.4.3 添加约束
2.4.4 载荷设置
2.5 有限元结果分析
2.6 本章小结
第3章 斜齿轮弯曲疲劳裂纹扩展分析
3.1 引言
3.2 裂纹问题的基本模型
3.3 裂纹开裂判据
3.4 扩展有限单元法(XFEM)
3.5 裂纹扩展模型
3.5.1 初始裂纹的定义
3.5.2 边界条件的添加
3.6 裂纹扩展仿真结果分析
3.7 裂纹扩展路径的影响因素
3.7.1 载荷大小的影响
3.7.2 初始裂纹角度的影响
3.8 本章小结
第4章 斜齿轮齿根初始裂纹前缘应力强度因子分析
4.1 引言
4.2 应力强度因子计算
4.3 应力强度因子计算模型的建立
4.3.1 网格划分与裂纹的定义
4.3.2 添加约束与载荷
4.4 仿真结果分析
4.5 应力强度因子的影响因素
4.5.1 载荷大小的影响
4.5.2 裂纹短轴不同半径的影响
4.5.3 齿根初始裂纹角度的影响
4.6 本章小结
第5章 齿轮弯曲疲劳剩余强度预测模型
5.1 引言
5.2 疲劳累积损伤理论
5.2.1 线性疲劳累积损伤
5.2.2 非线性疲劳累积损伤
5.2.3 齿轮弯曲疲劳寿命预测研究现状
5.3 齿轮剩余强度预测模型的建立
5.3.1 剩余强度预测模型
5.3.2 改进的剩余强度预测模型
5.4 模型验证
5.4.1 试验齿轮确定
5.4.2 试验应力的确定
5.4.3 试验设备及试验流程
5.5 结果分析
5.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]运营工况下地铁齿轮箱斜齿轮齿根裂纹扩展路径与寿命预测[J]. 刘东一,杨建伟,李欣,王金海,祝赫楷. 机械设计. 2020(03)
[2]风能发电机组结构件的失效分析与预防（待续） 第1讲 螺栓的失效分析与预防[J]. 王荣. 理化检验(物理分册). 2019(06)
[3]机车牵引齿轮参数化建模与有限元仿真研究[J]. 轩亮,丁海春,雷蕾,关天民,李朕均. 机械传动. 2018(10)
[4]某地铁齿轮箱齿轮弯曲疲劳裂纹分析[J]. 祝赫锴,杨建伟,李欣. 机械传动. 2018(10)
[5]斜齿轮齿根处裂纹倾角对裂纹扩展特性的影响[J]. 李有堂,李凤翔. 兰州理工大学学报. 2018(01)
[6]齿轮的剩余强度模型及其动态可靠度[J]. 林小燕,魏静,赖育彬,秦大同,张爱强,汝学斌. 哈尔滨工程大学学报. 2017(09)
[7]齿根初始裂纹倾角对圆柱齿轮疲劳寿命的影响[J]. 孙智甲,李有堂. 兰州理工大学学报. 2016(01)
[8]斜齿圆柱齿轮裂纹扩展特性及剩余寿命研究[J]. 吴金亮,汪中厚,李刚. 机械传动. 2014(12)
[9]航空重载面齿轮三维裂纹分析与疲劳寿命预测[J]. 王延忠,田志敏,侯良威,兰州. 北京航空航天大学学报. 2014(02)
[10]齿轮传动啮合接触冲击分析[J]. 唐进元,周炜,陈思雨. 机械工程学报. 2011(07)
硕士论文
[1]超深大沉井基础沉降监测及数值模拟分析[D]. 罗朝洋.西南交通大学 2019
[2]A型地铁车辆动车转向架构架强度分析与研究[D]. 丁勋勤.兰州交通大学 2019
[3]地铁车辆转向架一系弹簧接触及疲劳研究[D]. 周凯林.西南交通大学 2019
[4]崩落法回采挂帮矿诱发边坡失稳机理研究[D]. 赵雨薇.西南科技大学 2018
[5]考虑失效相关的采煤机摇臂齿轮系统动态可靠性研究[D]. 林小燕.重庆大学 2017
[6]直齿圆柱齿轮齿根裂纹的扩展分析和疲劳寿命预测[D]. 丁海荣.兰州理工大学 2016
[7]小四轮变速箱齿轮的接触分析及修形的研究[D]. 张文宣.西北农林科技大学 2015
[8]斜齿轮裂纹扩展分析与故障诊断试验研究[D]. 吴振鹏.吉林大学 2015
[9]DM154X型摆线齿轮泵齿廓修整及流量特性研究[D]. 唐海峰.贵州大学 2015
[10]齿轮疲劳寿命及齿根裂纹仿真分析[D]. 沈亮.重庆大学 2011
本文编号：3671191
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及工程意义
1.2 齿轮的失效形式及其特征
1.3 国外齿轮弯曲疲劳研究现状
1.4 国内齿轮弯曲疲劳研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 地铁车辆传动斜齿轮啮合过程有限元仿真
2.1 引言
2.2 瞬态动力学分析简介
2.3 模型建立
2.4 有限元前处理
2.4.1 切分模型与划分网格
2.4.2 接触面设置
2.4.3 添加约束
2.4.4 载荷设置
2.5 有限元结果分析
2.6 本章小结
第3章 斜齿轮弯曲疲劳裂纹扩展分析
3.1 引言
3.2 裂纹问题的基本模型
3.3 裂纹开裂判据
3.4 扩展有限单元法(XFEM)
3.5 裂纹扩展模型
3.5.1 初始裂纹的定义
3.5.2 边界条件的添加
3.6 裂纹扩展仿真结果分析
3.7 裂纹扩展路径的影响因素
3.7.1 载荷大小的影响
3.7.2 初始裂纹角度的影响
3.8 本章小结
第4章 斜齿轮齿根初始裂纹前缘应力强度因子分析
4.1 引言
4.2 应力强度因子计算
4.3 应力强度因子计算模型的建立
4.3.1 网格划分与裂纹的定义
4.3.2 添加约束与载荷
4.4 仿真结果分析
4.5 应力强度因子的影响因素
4.5.1 载荷大小的影响
4.5.2 裂纹短轴不同半径的影响
4.5.3 齿根初始裂纹角度的影响
4.6 本章小结
第5章 齿轮弯曲疲劳剩余强度预测模型
5.1 引言
5.2 疲劳累积损伤理论
5.2.1 线性疲劳累积损伤
5.2.2 非线性疲劳累积损伤
5.2.3 齿轮弯曲疲劳寿命预测研究现状
5.3 齿轮剩余强度预测模型的建立
5.3.1 剩余强度预测模型
5.3.2 改进的剩余强度预测模型
5.4 模型验证
5.4.1 试验齿轮确定
5.4.2 试验应力的确定
5.4.3 试验设备及试验流程
5.5 结果分析
5.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]运营工况下地铁齿轮箱斜齿轮齿根裂纹扩展路径与寿命预测[J]. 刘东一,杨建伟,李欣,王金海,祝赫楷. 机械设计. 2020(03)
[2]风能发电机组结构件的失效分析与预防（待续） 第1讲 螺栓的失效分析与预防[J]. 王荣. 理化检验(物理分册). 2019(06)
[3]机车牵引齿轮参数化建模与有限元仿真研究[J]. 轩亮,丁海春,雷蕾,关天民,李朕均. 机械传动. 2018(10)
[4]某地铁齿轮箱齿轮弯曲疲劳裂纹分析[J]. 祝赫锴,杨建伟,李欣. 机械传动. 2018(10)
[5]斜齿轮齿根处裂纹倾角对裂纹扩展特性的影响[J]. 李有堂,李凤翔. 兰州理工大学学报. 2018(01)
[6]齿轮的剩余强度模型及其动态可靠度[J]. 林小燕,魏静,赖育彬,秦大同,张爱强,汝学斌. 哈尔滨工程大学学报. 2017(09)
[7]齿根初始裂纹倾角对圆柱齿轮疲劳寿命的影响[J]. 孙智甲,李有堂. 兰州理工大学学报. 2016(01)
[8]斜齿圆柱齿轮裂纹扩展特性及剩余寿命研究[J]. 吴金亮,汪中厚,李刚. 机械传动. 2014(12)
[9]航空重载面齿轮三维裂纹分析与疲劳寿命预测[J]. 王延忠,田志敏,侯良威,兰州. 北京航空航天大学学报. 2014(02)
[10]齿轮传动啮合接触冲击分析[J]. 唐进元,周炜,陈思雨. 机械工程学报. 2011(07)
硕士论文
[1]超深大沉井基础沉降监测及数值模拟分析[D]. 罗朝洋.西南交通大学 2019
[2]A型地铁车辆动车转向架构架强度分析与研究[D]. 丁勋勤.兰州交通大学 2019
[3]地铁车辆转向架一系弹簧接触及疲劳研究[D]. 周凯林.西南交通大学 2019
[4]崩落法回采挂帮矿诱发边坡失稳机理研究[D]. 赵雨薇.西南科技大学 2018
[5]考虑失效相关的采煤机摇臂齿轮系统动态可靠性研究[D]. 林小燕.重庆大学 2017
[6]直齿圆柱齿轮齿根裂纹的扩展分析和疲劳寿命预测[D]. 丁海荣.兰州理工大学 2016
[7]小四轮变速箱齿轮的接触分析及修形的研究[D]. 张文宣.西北农林科技大学 2015
[8]斜齿轮裂纹扩展分析与故障诊断试验研究[D]. 吴振鹏.吉林大学 2015
[9]DM154X型摆线齿轮泵齿廓修整及流量特性研究[D]. 唐海峰.贵州大学 2015
[10]齿轮疲劳寿命及齿根裂纹仿真分析[D]. 沈亮.重庆大学 2011
本文编号：3671191
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