共享单车锁用减速器传动系统动态特性分析及疲劳寿命研究

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近几年来,微型减速器用于监控设备、打印设备、家用电器等,应用范围广泛,与人们的日常生活紧密相关,受到越来越多资本和企业的重视。本文以共享单车锁用微型减速器为研究对象,针对微型减速器在生产过程中存在振动噪音过大和减速器的寿命要求不达标问题,对共享单车锁用减速器主要部件的齿轮传动系统进行了多体动力学分析,研究减小系统振动噪音的方法;对传动系统中易失效的输出级齿轮副进行动态接触分析和疲劳寿命分析,研究提高齿轮疲劳寿命的方法;最后对试验后的输出级齿轮副进行疲劳失效分析。主要研究如下:(1)齿轮传动系统多体动力学分析。利用Solidworks软件建立共享单车锁用减速器齿轮传动系统的三维模型,将其导入ADAMS中进行多体动力学分析,并基于正交实验设计研究了齿轮模数、压力角、齿宽系数对系统最大动载系数的影响,得到最优齿轮结构参数—模数0.1,压力角20°,齿宽系数0.3,仿真发现优化后齿轮传动系统的最大动载系数降低了49.95%,齿轮传动系统的啮合更加平稳,降低了齿轮啮合噪音。(2)输出级齿轮副动态接触分析。根据减速器具体工况对输出级齿轮副进行受力分析,依此在ANSYS中建立输出级齿轮副的有限元模型,通过仿真得到齿轮副从动轮齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化规律,并探究了不同负载转矩下从动轮齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化规律。动态接触分析得到的齿轮齿根弯曲应力为后续输出级齿轮副弯曲疲劳寿命分析提供载荷谱。(3)输出级齿轮副弯曲疲劳寿命分析。利用名义应力法确定齿轮副材料的S-N曲线,以动态接触分析得到的齿轮齿根弯曲应力为载荷谱,在疲劳软件n Code Design Life中对输出级齿轮副进行弯曲疲劳寿命仿真分析,并研究压力角、负载转矩对输出级齿轮副弯曲疲劳寿命的影响,最后通过减速器台架试验验证仿真的正确性。(4)输出级齿轮副疲劳失效分析。选取疲劳试验后的减速器输出级齿轮副为研究对象,对齿轮副断口表面采用了化学成分分析、电镜分析和和硬度分析。通过电镜分析可知齿轮在齿根处形成裂纹,是由于齿轮齿根附近的次表面在循环往复的弯曲作用应力下产生了凹坑缺陷,在凹坑缺陷处产生应力集中现象,导致齿轮初始裂纹的萌生,在疲劳载荷的作用下,萌生的多个初始短裂纹相互扩展,在齿轮表面形成主裂纹,最终导致齿轮弯曲疲劳折断;通过硬度分析可知齿轮副中从动轮的齿面硬度不足,需对从动轮进行热处理以提高从动轮齿面的硬度,使齿轮副中的主、从动轮在使用过程中寿命相近。
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