1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

当今时代是飞速发展的时代，随着高新技术的进步和创新，各种各样的高新设备被人们所研制出来，但是我们也不能将小部件而遗忘。齿轮作为一种为各种机械设备充当零部件的产品，它是一种具有重大作用的零部件，是一种轮缘上有齿能连续啮合的为各种机器设备传递运动和动力的机械元件^[1]。随着齿轮技术的发展，齿轮的耐用性越来越受到重视。

齿轮在传动过程中，由于制造误差、轮齿和轴等零件的弹性变形、振动等原因，齿轮齿根会产生较大的附加弯曲动应力，使齿轮内部出现互相制约的内力，从而容易导致出现有害的振动、噪音，甚至出现轮齿折断的严重现象^[2]。因此，在齿轮处于正常工作状态的传动过程中时，其载荷可能会超过设计齿轮时所能承受的最大载荷。这就容易使齿轮产生疲劳，疲劳一般是由于重复的、过大的载荷造成的，它常常是在齿轮齿根或靠近齿根处断裂。疲劳缺陷可能是从特别高的负荷造成的小裂纹开始，并且在正常使用状态下继续发展，直到齿轮失效。另外，对于机械产品来说，都存在应力集中现象，特别是在形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽等处，而对于齿轮来说，其齿根部位恰好就是应力集中点。应力集中，对于齿轮的疲劳寿命影响很大，对于长期重载工作的齿轮，其齿根部位收到连续变化的应力冲击，最容易产生疲劳裂纹，最终导致齿根断裂。所以从设计角度来说，应避免这种情况的发生，在齿轮传动过程中对齿轮齿根弯曲应力进行测量对改进和优化齿轮的设计显得尤为重要^[3]。

2. 研究的基本内容与方案

本文以光纤光栅传感技术为基础，以研究齿轮齿根弯曲应力的检测为目标。利用光纤光栅在作用其上的物理量如温度、应力等发生变化时，其有效折射率和光栅周期会相应改变，继而使光栅布拉格波长产生漂移这一原理，通过检测光栅布拉格波长的漂移，可以测得作用在光纤光栅上的应力。而将光纤光栅装贴在齿轮齿根处，光栅会和齿轮一起产生应变，通过此方法就能实时测得齿轮齿根在传动过程中所产生的应力。

由此可以确定本次研究的基本内容包括：确定光纤光栅在齿根处的安装位置和安装角度以及光纤传输路径；设计解调装置将齿根处应力转化为波长输出；实现波长与应力的标定。

具体的技术方案为：首先设计解调装置，解调装置采用对光源高速扫描的可调谐f-p腔解调法，宽带光源发出的光经过隔离器、耦合器，进入齿根上的光纤光栅，经反射后返回耦合器，并进入 f-p 滤波器进行扫描滤波。在锯齿波扫描电压的控制下f-p 滤波器的透射波长发生周期性变化，对反射光进行扫描滤波，当透射波长等于 fbg 反射谱的中心波长时，其输出光强最大。f-p 滤波器的输出光经光电转换、放大、滤波处理后，转化为电压信号采集到微处理器，微处理器对所采集的数据进行寻峰，捕捉f-p滤波器透射光强最大时对应的电压值，即根据峰值点的采样时刻确定当前 f-p 滤波器两端电压，进一步得到当前 fbg 反射谱的中心波长。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习毕业设计研究内容所需理论的基础。确定毕业设计方案，完成开题报告。
第4－5周：掌握光纤光栅传感技术基本原理，完成英文资料的翻译，熟悉光纤光栅检测环境。
第6－9周：完成光纤光栅的齿根贴装。
第10－12周：实现齿根弯曲应力检测的整体功能。
第13－16周：完成并修改毕业论文。
第17周：准备论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]黄海, 厉海祥, 罗齐汉,等. 点线啮合齿轮齿根弯曲应力研究[j]. 机械传动, 2011, 35(1):8-11.

[2]张小栋,牛杭,张琦,谢思莹. 行星轮系固定中心齿轮齿根应力应变的测量方法[p]. 陕西：cn104101380a,2014-10-15.

[3]hotait, m., and kahraman, a. "experiments on root stresses of helical gears with lead crown and misalignments," journal of mechanical design,130(7), 1029-1033 (2008)