低速重载齿轮传动系统广泛应用于钢铁行业的重型设备中,尤其是在转炉倾动机构的传动过程中发挥着不可替代的作用。在极端的工况下,重载齿轮容易出现疲劳微裂纹,进而造成裂纹扩展直至断裂,引起人员伤亡和经济损失。为了避免齿轮的早期失效,有必要开展裂纹扩展规律以及扩展特性的研究。为了研究低速重载齿轮裂纹的扩展机理,综合运用断裂力学和扩展有限元法,探究齿轮裂纹扩展规律及扩展特性,并对齿轮疲劳裂纹扩展的关键因素-应力强度因子进行数值仿真分析,对影响应力强度因子的因素进行研究。首先,利用SolidWorks对齿轮进行参数化建模,将齿轮装配体导入ANSYS中进行动态啮合接触分析,得到“最大应力区”,即齿根圆到基圆之间的区域,并将其定义为齿轮裂纹萌生区域;其次分析了不同裂纹长度下齿根处裂纹和基圆处裂纹对固有特性的影响,结果显示裂纹的出现降低了齿轮的固有频率,通过对比基圆裂纹和齿根裂纹对各阶固有频率的影响变化图发现,齿根处裂纹对各阶频率的影响程度要比基圆处裂纹对各阶频率的影响程度大;然后,利用ABAQUS求解了裂纹前缘应力强度因子,结果表明了I型应力强度因子是裂纹扩展的主导因素,并进一步探讨了裂纹大小、裂纹形状以及载荷的变化对I型应力强度因子的影响规律;最后,利用扩展有限元法研究了不同初始裂纹位置和不同初始裂纹角度下裂纹的扩展规律,结果表明,随着初始裂纹位置逐渐向齿顶偏移,裂纹的扩展轨迹逐渐向齿顶移动,当裂纹倾角为60°时,裂纹尖端位移为最大,裂纹最容易扩展。研究结果对于发展齿轮疲劳断裂理论,提高齿轮服役性能具有重要意义。图63幅;表4个;参58篇。