某地铁齿轮箱齿轮弯曲疲劳裂纹分析

结合动力学仿真和扩展有限单元法(XFEM),对某城轨车辆齿轮箱齿轮进行裂纹扩展分析。通过动力学分析,确定扩展有限元模型初始裂纹的位置及载荷加载位置;建立扩展有限元模型,对计算结果进行分析,总结齿轮齿根裂纹扩展规律。结果表明,齿根处最大弯曲应力位置不随齿轮啮合过程而改变,裂纹起裂位置应在此位置附近;裂纹尖端应力值在量化一裂纹长度到达0. 61前低速率稳定增加,0. 61后裂纹进入瞬断区,裂纹尖端应力值变化明显;结合有限元动力学及扩展有限元分析发现,裂纹扩展初期属于Ⅰ型裂纹,在裂纹扩展的中后期属于Ⅰ、Ⅱ混合型裂纹;不同加载位置结果显示,扩展初期裂纹偏转角度随着加载位置的下移而减小,扩展后期裂纹整体沿着齿厚方向进行扩展。