图 文 导 读

齿根裂纹作为常见的齿轮故障之一，易引起其他故障，如断齿、缺齿等。齿根裂纹的存在主要影响齿轮的时变啮合刚度，进而改变齿轮系统的振动特性。因此，首先需要确定啮合刚度，以预测或评估齿轮的动态行为。已有研究多将轮齿简化为始于基圆的变截面悬臂梁；但考虑到轮齿的实际形状，齿轮的基圆和齿根圆并不完全重合。

为克服前人研究方法的不足，北京交通大学李强教授和侯静玉博士团队、石家庄铁道大学杨绍普教授和刘永强教授团队、湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室王久健博士共同在《国际机械系统动力学学报（英文）》（International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD）发表“基圆与齿根圆不重合时含齿根裂纹的直齿圆柱齿轮系统啮合刚度的计算和振动分析”研究论文，以单级齿轮减速器为研究对象，对齿轮基圆与齿根圆不相等的情况展开研究。该文针对主动轮齿数小于42和从动轮齿数大于42的情况，建立了一种改进的变截面悬臂梁模型，计算了无故障齿轮的时变啮合刚度；对比分析了该模型得到的结果与基圆和齿根圆重合时的结果；给出4种类型的齿根裂纹模型及13种裂纹水平下时变啮合刚度的变化情况；分析了含齿根裂纹的单级直齿圆柱齿轮减速器的故障振动特性。最后，通过实验对理论结果进行了定性验证。该研究结果对深入认识齿轮产生振动和噪声的可能原因具有重要意义，为齿轮箱的故障诊断提供了理论依据。

Keywords: 

backlash; gear; potential energy method; time‐varying mesh stiffness (TVMS); tooth crack

DOI: 10.1002/msd2.12003

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/msd2.12003

Cite this article:

Hou J, Yang S, Li Q, Liu Y, Wang J. Mesh stiffness calculation and vibration analysis of the spurgear pair with tooth crack, considering the misalignment between the base and root circles. Int J Mech Syst Dyn. 2021;1:143‐156

作 者 简 介

侯静玉  北京交通大学机械与电子控制工程学院博士研究生，主要研究方向：转子动力学。

杨绍普  工学博士，教授，博士生导师，石家庄铁道大学党委书记，国家杰出青年科学基金获得者，“973”首席科学家，国家杰出专业技术人才。现任IFToMM非线性振动技术委员会委员、中国力学学会副理事长、中国振动工程学会常务理事。长期从事车辆动力学与故障诊断的研究与应用，先后主持“973”前期项目、国家自然科学基金重大仪器专项、重点项目、高铁联合基金等国家级课题10余项，发表SCI/EI收录论文200余篇，授权国家发明专利60余件。主持获国家自然科学二等奖1项、国家科学技术进步二等奖2项、河北省突出贡献奖1项、科学技术一等奖4项。

李  强  北京交通大学博士生导师，主要从事轨道车辆结构疲劳、断裂及可靠性等方面的研究。享受国务院政府津贴，曾获得省部级科技进步一等奖和铁道学会科技进步一等奖6项，获得詹天佑铁道科技奖、茅以升铁道科技奖贡献奖、火车头奖章等。

刘永强  石家庄铁道大学教授，博士生导师，河北省青年拔尖人才。长期从事轴承、齿轮系统动力学与故障诊断方面的研究。

王久健  湖南大学博士研究生，主要研究方向：机械设备状态监测和剩余寿命预测、车辆动力学。

期 刊 简 介

  IJMSD由来自12个国家的15位院士、14位国际学会主席、13位其他国际期刊主编等53位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。主编为南京理工大学芮筱亭院士，3位合作主编分别是加拿大皇家学会会士、加拿大工程院院士、欧洲科学院院士、加拿大麦吉尔大学Marco Amabili院士，国际理论与应用力学联盟IUTAM)前司库、国际多体系统动力学协会(IMSD)前主席、德国斯图加特大学Peter Eberhard教授和美国工程院及科学院两院院士、英国皇家学会外籍院士、欧洲科学院外籍院士、中国科学院外籍院士、美国工程科学协会前主席、美国西北大学Yonggang Huang院士。

 IJMSD旨在用机械系统动力学科学与技术为现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能的提升提供先进的理论、软件、方法、器件、标准，为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学，所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构，还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

 目前，IJMSD 已被ESCl, Scopus, Inspec, DOAJ等收录。2023年免收出版费，并为已录用稿件免费提供专业语言润色服务，欢迎全球科学家投稿交流。

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