齿轮减速器是机械系统中的一个重要的组成部分,发挥着不可替代的作用,它可以提供该机械系统需要的扭矩和相应旋转速度。它的工作状态好坏直接决定着传动系统整体性能的好坏,齿轮的损坏可以导致经济的大量损失,有时甚至危害人类生命安全。鉴于此,学者们一直都很重视齿轮传动系统可靠性与安全性研究。减速器中齿轮发生故障后将会改变工作齿轮的啮合状态,导致齿轮啮合过程中出现不同程度的波动。这些波动包括减速器的振动和噪声,由于它们的出现,降低了齿轮的啮合精度。高速运转过程当中,轮齿更加容易出现点蚀、裂纹及断齿等的故障。由于齿轮故障的存在,齿轮的啮合振动冲击会呈现更加明显的周期性,传动性能也将会受到极大的影响。因此对故障齿轮动态特性的研究已经成为一个非常热门的课题。本文首先建立了齿轮的有限元模型,除了对其进行了静力学分析外,还进行了动力学特性的动态模拟。通过运用ANSYS软件的静力学分析,分别计算出了齿轮在健康状态和故障状态下的啮合刚度;动力学分析方面是使用LS-DYNA软件对健康齿轮和故障齿轮进行齿轮动态特性的模拟仿真;最后对故障齿轮和健康齿轮进行运转实验,验证仿真结果的准确性。本文的主要内容包括:一、齿轮有限元模型的建立。除了使用CAD三维软件快速生成相对应的齿轮对外,本文重点介绍了运用APDL语言建立四种类型的齿轮模型,分别为完整、断齿、齿根裂纹1mm、齿根裂纹3mm的齿轮对,采用六面体形状的网格单元对齿轮模型进行划分。与四面体齿轮有限元模型计算结果相比,六面体有限元模型计算结果更加准确,而且计算速度提高了一倍以上。二、运用ANSYS对齿轮对进行静力学分析。计算出轮齿一个啮合周期的啮合刚度,计算结果表明具有齿根故障的齿轮啮合刚度变小了很多。三、运用LS-DYNA软件对上述四种不同状况的齿轮对进行动力学特性分析。为了尽可能的减小传播路径对振动信号的影响,提取轮体上面的加速度信号以及啮合力曲线,观察轮齿故障对这些参数的影响。因为轮齿故障的存在,靠近故障轮齿啮合部位的啮合力发生了突变,振动信号的振幅也变大了很多。故障轮齿裂纹尖端点的位移以及加速度信号也发生了相对应的变化。四、为了验证仿真结果的合理性,封闭功率流试验台上进行齿轮运转实验,采集振动信号,并进行分析对比。与正常齿轮对相比,故障齿轮的三个方向的加速度信号均发生了不同程度的变化,实验结果与仿真结果是一致的。