考虑时变摩擦的直齿轮副啮合刚度计算及其影响因素分析

针对直齿轮副啮合过程存在时变摩擦问题,建立直齿轮副啮合模型,推导齿轮副在啮合点处的相对滑动速度、卷吸速度、滑滚比、综合曲率半径及轮齿接触压力,研究单双齿交替啮合过程中单齿承载变化下的齿面摩擦因数变化规律。基于势能法推导计及时变摩擦的直齿轮副啮合刚度解析式,分析无摩擦力、定摩擦力和时变摩擦力作用下直齿轮副啮合刚度的变化规律,进而研究时变摩擦作用下齿轮模数、齿宽、压力角、粗糙度、输入转矩等参数对直齿轮副时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,时变摩擦因数在单双齿交替啮合区发生突变,在节点处趋于0;摩擦力作用下单齿刚度在啮入阶段将增大,啮出阶段将减小;定摩擦力作用使啮合刚度在节点处发生突变;时变摩擦力作用使啮合刚度在单双齿交替啮合处发生突变,在节点处与无摩擦时变化规律一致;齿轮副啮合刚度随模数、齿宽增大而增大,随压力角增大而减小;啮合刚度变化量随齿面粗糙度增大而增大,随输入转矩增大而减小。     

考虑不光滑因素的直齿轮副动态特性分析

建立考虑滑动摩擦因素的齿轮副数学模型,研究弹流润滑下的时变摩擦系数变化规律。基于直齿轮副数学模型分析不同工况下对应的时变摩擦系数,进而研究滑动摩擦激励下齿轮系统动态啮合力、动态传递误差以及振动速度变化的影响机理与规律。研究结果表明,时变摩擦系数在啮合过程中先变小后变大,并在节点处摩擦系数最小。齿面时变摩擦系数与齿面粗糙度、载荷呈正相关,与输入转速呈负相关。考虑不同输入扭矩条件下的滑动摩擦力对动态啮合力与动态传递误差的周期产生轻微变化,并在幅值处产生明显变化。因此,不可忽视齿面滑动摩擦激励对系统动态特性的影响,需选择合适的工况与粗糙表面降低摩擦激励对系统的影响。这对系统减振降噪与服役寿命具有重要的理论指导意义。     

摩擦系数对直齿轮副振动特性的影响

滑动摩擦是齿轮啮合过程中不可忽视的激励源。瞬时振动速度影响啮合齿的相对滑动速度,导致摩擦力的变化,从而可能增加齿轮振动。采用集中参数法,综合考虑时变啮合刚度、静态传递误差、内外部激励、支撑刚度、弯曲刚度及阻尼等因素的影响,建立了考虑时变摩擦系数的直齿轮副的集中参数模型,并通过数值分析方法求解系统运动微分方程,分析齿轮系统振动响应特性。研究结果表明,在不同工况条件下,滑动摩擦力对动态啮合力和动态传递误差的周期产生轻微影响,并在幅值处产生明显变化。选择合适的工况与降低齿面摩擦对齿轮系统疲劳寿命和减振降噪具有重要意义。     

齿面摩擦对齿轮传动系统分岔与混沌特性的影响分析

为研究齿面摩擦对直齿圆柱齿轮传动系统振动特性的影响,建立了包含齿面摩擦在内的六自由度齿轮啮合耦合型动力学模型。模型采用能量法计算齿轮啮合的时变啮合刚度,同时考虑了啮合误差、间隙非线性以及负载扭矩等因素。通过四阶变步长Runge-Kutta积分法对模型进行数值分析,得到齿轮系统随齿面摩擦系数变化下的时间历程图、相位图、Poincare截面图、分岔图等,定性分析了齿轮系统对齿面摩擦变化下的动力学周期、拟周期、分叉和混沌的运动演化历程,并通过实验进行了验证。结果表明,随着齿面摩擦系数的增大,齿轮系统动态特性响应逐渐复杂。     

传动轴平行度误差和摩擦对直齿轮副啮合刚度的影响研究

受装配工艺的影响,渐开线直齿轮副传动轴极易出现平行度误差,直接改变齿轮副时变啮合刚度变化规律,进而影响齿轮副的工作状态.为揭示平行度误差对啮合刚度的影响规律,文中采用势能法建立考虑传动轴平行度误差的齿轮副啮合刚度模型,研究平行度误差和齿面摩擦共同作用下的齿轮副啮合刚度变化规律.结果表明:当传动轴出现平行度误差时,齿轮啮...     

基于齿面摩擦的直齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的直齿轮副6自由度弯曲-扭转耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立了系统的振动微分方程。依据接触线的位置,推导了齿面摩擦和摩擦力矩的数学表达形式。分析了齿面摩擦对系统周期振动状态、混动运动状态及分岔特性的影响。结果表明,齿面摩擦加剧了齿轮副的振动,且对垂直于啮合线方向的振动影响最为明显;齿面摩擦导致系统的混沌程度降低,且在一定情况下,系统的混沌吸引子可能转化为周期吸引子;齿面摩擦导致系统的分岔变得模糊,且导致系统提前进入混沌运动状态。     

船拖分动箱齿轮啮合特性分析

船式拖拉机分动箱传动系统的特性为船式拖拉机动力系统平稳、高效运行关键因素,建立分动箱一级传动啮合齿轮热弹耦合模型.在额定工况条件下,对直齿圆柱齿轮传动啮合特性进行有限元接触仿真分析,研究了热弹耦合、不同摩擦系数对齿轮接触压力、齿面啮合区域法向载荷及啮合刚度的影响规律.结果 表明,齿轮啮合过程中摩擦生热使得齿轮接触压力变小、啮合刚度变小,且齿面接触考虑摩擦系数时齿面接触压力与比不考虑摩擦系数齿面受到接触压力大.将仿真得到的时变啮合刚和刚度与理论计算值进行对比,验证有限元瞬态分析方法的可行性,为后续分动箱系统动态响应分析作基础,为降低齿轮转动过程产生振动与噪声和分动箱系统的优化设计提供依据.     

考虑齿顶修缘的齿轮-转子系统振动响应分析

考虑齿轮齿顶修缘,基于ANSYS软件建立了直齿轮啮合有限元模型,基于该模型确定了未修缘以及不同修缘量下的时变啮合刚度和静态传递误差,并将其引入齿轮-转子系统的有限元模型,分析了齿顶修缘对系统振动响应的影响。研究表明:随着齿顶修缘量的增加,时变啮合刚度以及静态传递误差在啮入点以及单双齿啮合区交替处的突变减少;在一定转速内,系统振动响应的幅值降低,但在某些临界转速附近反而有增大的趋势;当齿轮啮合频率等于系统固有频率或分频时会出现共振峰,在某些修缘量情况下一些分频对应的共振峰消失,研究结果可为修形齿轮的动态响应计算和结构设计提供理论依据。     

基于实测齿面误差的齿轮副动力学特性分析

齿面误差是齿轮产生振动和噪声的最主要影响因素,为了研究齿面误差对齿轮系统影响规律,针对实测齿面误差,通过接触分析,计算了考虑齿廓偏差、径向跳动和齿距偏差的齿轮系统静态传递误差。在借鉴前人对齿轮传动系统研究的基础上,建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合阻尼和静态传递误差的一对单自由度圆柱齿轮副的动力学微分方程。通过数值仿真的方法分析齿轮系统的动态特性,研究结果表明,根据实测齿面误差计算得到的静态传递误差成分更丰富,齿廓偏差在低转速下对齿轮系统的影响较大,径向跳动和齿距偏差在高速时对齿轮系统的影响较大。     

含摩擦的汇流传动齿轮非线性动力学分析

针对齿轮系统运行过程中具有非线性动力学特性，为研究齿面摩擦因数对系统动力学的影响，建立了一种考虑齿侧间隙，齿面摩擦力和时变啮合刚度等因素的三齿轮扭转振动模型。分析了布局参数对齿面摩擦力和时变啮合刚度的影响，研究了不同摩擦因数对系统动态响应的影响以及有无摩擦因数对系统混沌运动的影响，通过幅频曲线研究了系统的跳跃滞后现象和齿轮碰撞运动并分析了摩擦因数对它们的影响。结果表明，随着摩擦因数的变化，系统表现出同周期运动并存、不同周期并存和混沌等动力学现象，摩擦能导致混沌运动和跳跃现象提前并加大齿轮之间的碰撞运动。该结果可为汇流传动齿轮系统的非线性动态设计提供准确合理的理论参考。     

基于双盘试验的齿面时变摩擦特性研究

齿轮啮合过程中齿面时变摩擦特性对齿轮性能有重要的影响,为了研究不同形貌齿面的时变摩擦特性,利用双盘摩擦试验探讨了在线接触状态下表面形貌对摩擦因数的影响,并结合ISO 25178三维表面形貌表征参数进行了分析,然后利用试验结果研究了具有不同齿面特征的齿轮在啮合过程中摩擦因数的变化情况。研究表明,载荷、卷吸速度和滑滚比对接触面间摩擦特性的影响有着不同规律,表面形貌结构对接触面润滑拖动曲线的非线性上升区有一定影响;由于表面形貌的影响,双盘试验数据模拟的齿面摩擦特性与EHL数值模型计算结果有一定差异,并且在齿轮不同啮合区域表面形貌对于齿面摩擦因数曲线的影响程度不同,研究结果将为通过表面形貌设计改善齿面摩擦性能提供理论基础。     

考虑齿厚偏差的圆柱齿轮副振动特性分析

为了研究齿厚偏差对圆柱齿轮副振动特性的影响规律,建立了考虑齿厚偏差的圆柱齿轮副啮合刚度和传递误差计算模型,分析了齿厚偏差对圆柱齿轮副啮合刚度和传递误差激励的影响;然后建立了考虑齿厚偏差的圆柱齿轮啮合副有限元模型,分析了齿厚偏差对圆柱齿轮副振动特性的影响。结果表明:随着齿厚偏差增大,齿轮副单齿啮合刚度降低,传递误差和啮合振动增大;随着螺旋角减小,齿轮副单齿啮合刚度逐渐降低,传递误差波动和啮合振动增大,同时齿轮副振动特性对齿厚偏差更加敏感;随着作用扭矩减小,齿轮副单齿啮合刚度降低,传递误差激励减小,啮合振动减小,同时齿轮副振动特性对齿厚偏差敏感性降低。     

齿轮传动系统的动态模拟

针对齿轮副非线性振动问题展开研究,综合分析了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励对齿轮系统振动的影响。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度。在进行齿轮副非线性振动的分析时,综合考虑了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励等非线性因素,建立了齿轮副非线性动力学模型,采用变步长四阶Runge-Kutta数值积分方法求解了系统的动态响应。     

渐开线圆柱直齿轮结构参数对啮合效率的影响分析

以渐开线圆柱齿轮机构啮合效率为研究对象,基于齿轮副间接触反力的概念,分析了接触齿面间摩擦因数的影响因素,借鉴已有摩擦因数研究模型,分析了直齿和斜齿传动的啮合特点,推导出直齿齿轮传动的瞬时啮合效率和平均啮合效率的数学求解式;以直齿齿轮传动为例,在不同传动比、摩擦因数、压力角情况下分析了齿轮机构的啮合效率。结果表明,摩擦因数与齿轮啮合效率成反比,较大的压力角和传动比能提高齿轮的啮合效率,增速齿轮传动比减速齿轮传动的啮合效率高。     

时变混合润滑下直齿轮热分析与试验

建立了直齿轮时变混合润滑数学模型,利用W-M数学函数构建啮合点二维表面粗糙度.提出了混合润滑下齿面瞬时摩擦因数的计算方法并研究了不同工况对齿面摩擦因数分布曲线的影响.建立单齿热分析模型,结合生热和散热分析,仿真得到齿面稳态温度场分布.结果表明:啮合面温度沿齿高方向呈双峰分布,沿齿厚方向呈椭圆分布.搭建温度场试验平台,对比试验数据与仿真结果,验证了仿真方法的可行性.     

考虑齿间滑动影响的高速列车传动齿轮动态接触特性分析

为研究高速列车传动齿轮在啮合过程中因接触表面各啮合点处滑差不一致对动态接触特性的影响.以CRH3型动车组转向架传动齿轮为研究对象,基于齿轮接触相关理论及轮齿摩擦关系,引入考虑轮齿表面滑差、动力黏度及载荷等因素下的EHL时变摩擦模型,利用ABAQUS/Standard提供的隐式直接积分法对低速重载工况下的传动齿轮进行动态分析.通过对比无摩擦、常摩擦因数及变摩擦下的仿真结果分析齿轮间滑差及摩擦因数大小对齿轮副动态接触特性的影响.结果表明,表面啮合节点摩擦因数不一致对齿轮接触合力、接触斑面积、Mises、接触应力最大值及其分布影响很小;在啮合过程中,考虑滑差影响的齿面摩擦力波动更平缓,均值较常摩擦增加了 40％;摩擦剪应力分布比采用常摩擦得到的结果更贴合实际.而常摩擦因数数值的增加对应力分布影响不大,但会使得接触面应力值相应增加,加剧系统的周期性振动.     

齿面摩擦和啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性的影响研究

针对双渐开线齿轮传动动态特性问题,通过建立双渐开线齿轮的有限元模型,综合考虑齿面摩擦与齿轮啮合刚度二因素,对双渐开线齿轮传动系统进行了有限元模态分析,运用响应曲面法研究了齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮振动变形和模态频率的影响;选取不同模态阶数对双渐开线齿轮传动系统进行了动态特性研究,分析了不同模态阶数下双渐开线齿轮的振动变形与模态频率变化状况。研究结果表明,随着齿面摩擦因数与齿轮啮合刚度的增加,不同模态阶数下双渐开线齿轮传动系统各阶振动变形与模态频率均显著增加,齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性有一定影响,在对齿轮传动系统进行动态特性研究时,必须对齿面摩擦与齿轮啮合刚度进行充分考虑。     

增速齿轮副非均匀磨损时变啮合刚度研究

以某渐开线直齿圆柱增速齿轮副为研究对象,基于Hertz接触理论与Archard磨损公式,推导齿轮副齿面接触应力与相对滑动速度,建立齿轮副非均匀磨损模型,计算了不同循环次数下齿面磨损深度;基于势能法推导基圆与齿根圆不同位置下轮齿非均匀磨损时变啮合刚度解析公式,研究了非均匀磨损对时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,磨损深度在渐开线齿廓上分布不均匀,节圆附近的磨损最小,齿顶齿根处磨损深度较大,且齿顶处累积磨损深度最大;齿面磨损深度随循环次数增加而增大,齿轮时变啮合刚度随磨损深度增加而减小,且双齿啮合区刚度减小量大于单齿啮合区。     

基于啮合接触分析下的斜齿轮齿面滑动摩擦因数的计算

根据Xu推导出的齿面滑动摩擦因数计算公式,利用斜齿轮副啮合接触分析的相关结果,对斜齿轮齿面滑动摩擦因数进行计算。首先,通过斜齿轮副轮齿接触分析和承载接触分析,得到齿面啮合点的法向载荷、传动误差、接触点位置和接触线长度。其次,将法向载荷带入赫兹公式得到最大接触应力。将传动误差带入齿面啮合点速度计算公式,最终得到齿面啮合点的滑动速度和卷吸速度。最后,将所有参数带入齿面滑动摩擦因数计算公式,得到一对斜齿轮轮齿从进入啮合到退出啮合齿面接触点的滑动摩擦因数。以一对斜齿轮传动为例,利用上述方法计算得到齿面接触点的滑动摩擦因数,与Xu得出的结论进行对照,结果合理。     

齿轮故障对直齿轮副时变啮合刚度的影响研究

提出了一种基于计算机仿真的解析法,用于量化齿轮副在不同齿轮故障情况下的时变啮合刚度。齿轮故障在影响齿轮副传动的同时往往也伴随着刚度的降低,时变啮合刚度是状态监测和啮合齿轮副动态特性描述的一项重要参数,势能法是计算时变啮合刚度最常用的分析方法之一。采用势能法研究了含裂纹齿轮、断齿和齿面剥落等3种故障情况对于齿轮啮合刚度的影响。结果表明,由于齿轮故障的存在,导致了时变啮合刚度的降低,进而影响了直齿轮副的振动响应。