气象雷达齿轮轴断裂失效分析及优化

李晔 郑鹏

【摘 要】针对气象雷达检测装置中齿轮轴的断裂失效，首先探讨了齿轮轴的结构及工作特点，并根据断口检查及断裂性质进行断裂原因的综合分析，基于机械优化设计技术提出优化改进方案。其次，基于有限元分析方法采用ANSYS分析齿轮轴应力集中的主要原因，并对比分析了结构优化改进后的有效性，结果表明优化后的齿轮轴可以显著提高强度和韧性，从而避免在使用过程中出现断裂现象，使其性能最优、寿命延长。

【关键词】齿轮轴 疲劳断裂 应力集中 有限元

1 引言

在新一代CINRAD-SA型气象雷达的技术保障中，机械伺服系统运行的准确性和稳定性是一个重要的环节，其直接影响雷达的方位角和仰角，从而影响到气象目标空间位置和特性测定的准确性。新一代CINRAD-SA型气象雷达在运行过程中，出现了检测装置齿轮轴的断裂现象，直接导致雷达无法正常工作。本文以齿轮轴为研究对象，基于材料力学及断裂力学，通过宏观、微观的深入分析，探讨齿轮轴断裂失效的原因。针对产生断裂的原因，基于疲劳强度相关理论及机械优化设计技术提出改进方案，并优化设计齿轮轴机械结构。基于有限元分析方法采用ANSYS分析齿轮轴应力集中的主要原因，并对比分析了结构优化改进后的有效性。研究结果对气象雷达机械伺服运动系统的稳定性提供了参考，对保障气象雷达连续运行的可靠性起到具有重要作用。

2 齿轮轴的结构及工作特点