摘 要

齿轮传动是现在应用最为广泛的传动形式之一，具有可调范围广、传动比稳定、可靠性高等优点。齿轮传动主要应用于进行空间任意两轴之间的运动和力的传递，伴随这机械设计及其制造技术的飞速发展，机械传动在我们生活的方方面面承担着越来越重要的作用，而轮齿异常是诱发机械产生其他故障的重要因素之一，因此齿轮故障诊断在诊断领域有着相当重要的地位，同时点蚀作为齿轮的主要失效形式，对其的研究就很有必要。主要内容包括：

首先简单介绍故障系统的构成，理解齿轮啮合过程中应力与应变的变化及关系和光纤光栅的相关特性。

然后根据齿轮箱的参数通过SolidWorks构建齿轮副的模型,并选取一部分具有代表意义的点，便于后面的仿真工作。

再利用ANSYS Workbench对齿轮的齿根进行仿真分析，对上述取的不同位置的齿轮副进行静态接触分析，提取应变的数据作为理论上的结果。

同时对实际光纤光栅得到的数据用MATLAB进行分析处理，将实际结果与理论结果、健康齿轮和点蚀齿轮进行对比分析，找到点蚀故障的识别和定位方法。

最后对论文做的工作进行总结概括，并指出研究中发现的问题和不足，同时能给出相关性的建议以便进行更深一步的研究。

关键词：齿根应变；有限元法；ANSYS Workbench；MATLAB；点蚀

Abstract

Gear drive is one of the most widely used forms of transmission. It has many advantages, such as wide adjustable range, stable transmission ratio and high reliability. Transmit motion and force of gear transmission is mainly applied to the space between any two axes, accompanied by the rapid development of the mechanical design and manufacturing technology, mechanical transmission in all aspects of our lives play an increasingly important role, and is one of the important factors inducing abnormal tooth machinery to produce other faults, so the gear fault diagnosis a very important position in the field of diagnosis, at the same time as the main failure form of pitting gear, it is necessary to study. The main contents include:

First of all, the composition of the fault system is briefly introduced, and the change of the stress and strain in the gear meshing process and the correlation characteristics of the fiber grating are understood.

Then, according to the parameters of the gear box, the model of the gear pair is constructed by SolidWorks, and a part of the representative points is selected to facilitate the simulation work in the back.

The ANSYS Workbench is used to simulate the tooth root of the gear. The static contact analysis of the gear pairs at different positions is carried out, and the data of the strain is extracted as the theoretical result.

At the same time, the data obtained from the actual fiber grating are analyzed and processed by MATLAB. The actual results are compared with the theoretical results, the health gear and the pitting gear, and the identification and location method of pitting corrosion fault is found.

Finally, the paper summarizes the work done, and points out the problems and deficiencies found in the study, at the same time can give relevant recommendations for further research.

Keywords: root strain; finite element method; ANSYS; Workbench; MATLAB; pitting corrosion。

目录

第1章 绪论 1

1.1当前背景 1

1.2研究现状 1

1.2研究方法 2

1.3本文主要研究内容 3

第2章 故障诊断系统 5

2.1系统设计 5

2.2实验台的组成 5

2.2.1实验台及齿轮箱的组成 5

2.2.2故障模拟器的组成 5

2.2.3光纤光栅的测量与选择 6

2.4齿轮故障的设置 9

2.5齿轮的振动测定 9

2.5.1测定周期的确定 9

2.5.2 测定参数的确定 10

2.5.3 测定部位的确定 10

2.5.4 传感器的安装方法 10

2.6 本章小结 10

第3章 齿轮副模型的建立 11

3.1引言 11

3.2齿轮副的三维建模 11

3.2.1 齿轮参数 11

3.2.2 齿轮副的生成 11

第4章 基于ANSYS Workbench的齿轮有限元分析 16

4.1有限元法 16

4.2 ANSYS Workbench软件特点 16

4.3直齿圆柱齿轮副的有限元分析 16

4.3.1直齿圆柱齿轮副有限元模型的建立 16

4.3.2直齿圆柱齿轮接触有限元分析 18

4.3.3提取、分析应变数据 31

4.4 本章小结 35

第5章 基于MATLAB的实验数据处理 36

5.1 MATLAB软件特点 36

5.2 MATLAB的数据处理 36

5.3 MATLAB的数据分析 49

5.3.1幅值与峰值的比较： 49

5.3.2趋势的比较 51

5.4 理论与实际的比较 54

5.5本章小结 54

致谢 57

参考文献 58

第1章 绪论

1.1当前背景

齿轮传动作为当代机械工程中应用广泛的一中传动形式，相比于其他的传动形式，齿轮传动具有传动效率高，应用广泛等优点。因此备受人们关注，成为研究的众矢之的。齿轮传动是指一个带有齿轮的机械构件与另一个带有齿轮的机械构件通过共轭面相互啮合来达到传递动力和运动的机械传动方式。

齿轮传动之所以应用广泛，因为其有诸多优点：1.使用的圆周速度和功率范围广；2.传动效率高；3.传动比稳定；4.使用寿命长；5.传动可靠性高；6.能够完成空间内平行轴之间的运动以及力的传递。