【摘 要】
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人字行星齿轮系统相较于传统齿轮传动系统,可以承受更大的传动载荷,拥有更低的啮合冲击与噪音,结构更加紧凑,满足高速、重载、大传动比与其他特殊工况的要求,被广泛应用于航空航天、风力发电、交通运输与现代军事等领域。由于人字行星齿轮系统结构复杂,工作环境恶劣,各个齿轮之间传递的动态载荷波动较大,运转过程中人字齿轮的疲劳失效不可避免。人字行星齿轮系统常见疲劳失效中,轮齿弯曲疲劳断裂所占比例最大。因此,进行人
【基金项目】
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国家重点研发计划项目子项目（项目批准号:2018YFB2001302）“齿轮服役性能退化机制与寿命预估”；
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人字行星齿轮系统相较于传统齿轮传动系统,可以承受更大的传动载荷,拥有更低的啮合冲击与噪音,结构更加紧凑,满足高速、重载、大传动比与其他特殊工况的要求,被广泛应用于航空航天、风力发电、交通运输与现代军事等领域。由于人字行星齿轮系统结构复杂,工作环境恶劣,各个齿轮之间传递的动态载荷波动较大,运转过程中人字齿轮的疲劳失效不可避免。人字行星齿轮系统常见疲劳失效中,轮齿弯曲疲劳断裂所占比例最大。因此,进行人字行星齿轮系统弯曲疲劳寿命研究,有利于提高人字行星齿轮系统可靠性。本文以人字行星齿轮为研究对象,采用集中参数法建立人字行星齿轮系统动力学模型,分析人字齿轮齿根应力历程,基于局部应力应变法与损伤容限法对疲劳裂纹的萌生与扩展寿命进行建模,研究设计参数对人字行星齿轮系统弯曲疲劳寿命的影响规律。本文的具体研究内容如下:（1）利用集中参数法建立人字行星齿轮系统动力学模型,并通过人字行星齿轮系统动力学方程求解其动力学响应。基于ISO 6336-3齿根应力计算方法,对轮齿危险截面进行分析,提出了一种修正的齿根应力计算公式;采用接触线百分比法求解齿间载荷分配系数,并对其他相关参数进行计算;结合动力学模型与齿根动应力计算方法,分析人字行星齿轮系统中各齿轮的齿根动应力。（2）基于局部应力应变法建立疲劳裂纹萌生寿命模型,考虑残余应力与平均应力影响,对齿轮材料的循环应力-应变曲线与应变-寿命曲线进行修正;基于损伤容限法对疲劳裂纹扩展寿命进行建模,通过权函数法求解齿根裂纹应力强度因子,结合疲劳裂纹扩展速率模型对疲劳裂纹扩展寿命进行求解;考虑疲劳裂纹萌生与扩展全过程,建立人字行星齿轮系统弯曲疲劳全寿命预测模型。（3）根据齿根动应力计算方法对不同设计参数下的齿根动应力进行分析,采用雨流计数法处理人字齿轮的齿根动应力。在此基础之上,通过疲劳裂纹萌生寿命模型与疲劳裂纹扩展寿命模型求解人字齿轮弯曲疲劳寿命。最后,针对人字行星齿轮系统外啮合副齿轮,分析螺旋角、法面压力角与齿宽等设计参数对其弯曲疲劳寿命的影响规律。
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