斜齿行星传动多体动力学建模与分析

建立了斜齿行星传动的多体动力学模型,对其进行了动态特性仿真,获知了该类系统的自由振动特性、稳态动力响应以及部分设计参数对系统动态特性的影响规律。根据系统特征值的重根数、中心构件的振型坐标及各行星轮间振型坐标的比例,将斜齿行星轮系的自由振动归结为3类典型振动模式,即：轴向平移—扭转振动模式、径向平移—扭摆振动模式和行星轮振动模式,并进一步给出了各类模式的特点。当不考虑构件自身柔性时,基于多体动力学模型的自由振动特性与前人的集中参数模型的仿真结果完全一致,表明了本文所建模型的正确性。斜齿行星轮系的稳态动力学响应表明,内、外啮合力在一个啮合周期内围绕静态均值作较大幅度的波动,而啮频激励是引起该类系统振动的主要原因。参数影响分析表明,构件支承刚度和行星轮周向安装误差对系统动态特性的影响明显,浮动太阳轮、严控行星轮周向安装误差可有效抑制系统的振动。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

反向旋转双转子系统非线性分析

以双转子系统中介轴承刚度的非线性为简化模型,推导了反向旋转双转子系统振动响应的非线性动力学方程.研究了转子转速、不平衡量和中介轴承径向间隙对系统响应特性的影响.结果表明:转速、不平衡量等对转子-轴承系统的非线性振动有较大的影响;减少中介轴承的径向间隙,有利于系统的非周期运动转变为周期运动,提高系统运动的平稳性.     

考虑波纹度的薄壁轴承-转子系统非线性强迫振动分析

在考虑内外圈波纹度、径向间隙和变柔度等非线性因素的基础上,建立薄壁轴承-转子系统非线性动力学微分方程组,利用RK4数值积分法对方程求解。结合分叉图、庞加莱映射图和频域图等,分析了薄壁轴承-转子系统的非线性强迫振动特性。结果表明:较大的不平衡力时系统的混沌振动范围增大;不平衡力对系统水平方向振动的影响要远大于竖直方向;随着转速的增加,强迫振动频率在系统振动响应中逐渐占据主要地位。     

基于增量谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动力学

建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。运用增量谐波平衡法对系统运动微分方程组进行求解,得到系统的基频稳态响应。研究了时变啮合刚度、外部激励、齿侧间隙等参数的变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明,间隙的存在使得复合行星齿轮系统的频响曲线出现了幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统参数的共同作用使得复合行星齿轮系统出现了丰富的非线性动力学行为。利用本文的方法可以获得系统任意精度的近似解,为控制系统的振动与噪声,实现复合行星齿轮传动系统动态设计奠定基础。     

安装误差对变刚度系数的复合行星轮系均载特性的影响分析

以复合行星齿轮传动系统为对象,采用集中参数法,建立多自由度平移-扭转耦合非线性动力学模型。该模型在综合考虑轴承支承刚度、时变啮合刚度、齿侧间隙和齿轮安装误差的基础上,研究安装误差位置及其相位角对系统均载特性的影响。研究结果表明:中心构件的安装误差对系统产生均等的周期性影响,行星轮的安装误差会导致行星轮出现持续偏载或者均载现象;中心构件安装误差的相位角对系统均载系数没有影响,而行星轮安装误差的相位角对系统有影响,且沿切向分布时,影响最大。     

多级齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析

以锥-平行轴-行星多级齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差、齿侧间隙等因素的18自由度弯-扭-轴耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程进行求解,研究其耦合非线性振动特性。计算结果表明：随着齿侧间隙的增大,系统响应经倍周期分岔进入混沌运动,且侧隙对系统动态特性的影响随着负载的增大逐渐减小;随着负载的增大,系统响应由混沌经逆倍周期分岔进入单周期响应,齿轮副啮合状态由双边冲击、单边冲击过渡到无冲击状态;当输入转速减小时,混沌区域覆盖的负载范围也随之减小。     

基础激励下转子-轴承-支座系统动力学特性研究

针对基础激励影响转子轴承系统动力学特性问题,提出基于有限元和集中质量法的转子系统耦合动力学模型,分析基础激励对系统动力学特性的影响规律。模型中,转子采用梁单元离散建立有限元模型,滚动轴承考虑非线性接触力和间隙影响,支承阻尼环采用Kelvin-Voigt 线性力学模型表征其力学特征。通过Runge-Kutta 数值方法研究基础位移激励对系统动力学行为的影响规律;在此基础上,基于遗传算法对支承阻尼环的动力学参数进行优化设计。结果表明：基础在水平或垂直方向上的位移激励不仅对该方向转子振动有影响,对其他方向振动也存在一定影响;基础激励频率不等于滚动轴承VC(Varying Compliance)频率或其谐波频率时,系统中出现了组合共振现象;同时,经优化设计后,基础激励对系统动力学行为的影响显著降低。研究结果为基础振动下转子轴承系统的动力学分析提供了理论支撑。     

低噪音深沟球轴承振动特性研究

在滚动轴承动力学分析理论基础上建立含轴承零件工作表面波纹度的深沟球轴承动力学数学模型,并以某型号低噪音深沟球轴承为例,对不同结构参数、工况参数及谐波参数下低噪音深沟球轴承的振动特性进行理论分析。结果表明,合理选取径向游隙、内外沟曲率半径系数及保持架兜孔间隙等参数能使轴承本身达到减振降噪目的;振动值随轴承宽度增加逐渐减小;施加一定轴向载荷能有效降低轴承振动;存在的合理转速使用范围能有效降低轴承振动;内外滚道谐波阶次等于钢球数目整数倍时,轴承振动明显加剧;外滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc,内滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc+fs;偶次谐波阶次钢球表面波纹度对轴承振动有激励作用;轴承旋转套圈会激励更大的轴承振动值;瞬时载荷增加或瞬时速度提高均会致轴承振动增大。     

滚动轴承内外圈损伤对双盘转子响应特性影响分析

针对滚动轴承支承下的双盘转子系统,考虑由于滚动轴承刚度变化而产生的变柔性(Varying Compliance,VC)振动,利用Lagrange方程建立了双盘转子-轴承系统动力学模型。在此基础上,考虑滚动轴承外圈、内圈局域损伤的典型故障,运用数值积分法,分别研究了系统轴承外圈、内圈局域损伤对系统动力学特性的影响。结果表明:轴承内外圈损伤会对双盘转子系统的动力学特性产生较大的影响,特别是在低转速阶段,轴承内外滚道出现损伤故障都会使其振动信号增大,且随着损伤的宽度越大,振动信号增大得越明显;外滚道的损伤会对轴承游隙的非线性因素产生干扰,而内滚道的损伤则会增强这一因素的作用。