考虑误差的三齿差摆杆活齿动态特性研究EI北大核心CSCD

以三齿差摆杆活齿传动系统为研究对象,考虑主要构件误差、啮合刚度因素,建立三齿差摆杆活齿传动系统的等价误差模型。根据牛顿第二定律构建系统的动力学方程,分析各单项误差作用下活齿架的振动响应,确定对活齿架振动响应影响较大的关键误差,并通过对考虑主要构件全部误差和只考虑主要构件关键误差的活齿架振动响应对比分析,证明关键误差是影响活齿架振动响应的主要因素,再利用ADAMS软件进行振动仿真验证理论分析结果,最后加工两组不同精度的激波器、中心轮,试验分析改善关键误差后活齿架的振动响应变化。结果表明,通过控制关键误差可有效改善传动系统的动态特性。研究结果可为合理设计分配三齿差摆杆活齿传动系统各零件加工误差提供理论依据。     

基于动态特性的二齿差摆杆活齿参数设计研究

为减小二齿差摆杆活齿稳态响应幅值,从而降低啮合副动载荷并提高传动系统运转平稳性,基于活齿传动系统动态特性分析提出二齿差摆杆活齿参数设计方法。建立活齿传动力学模型,求得啮合副时变啮合刚度,推导出当量啮合刚度,结合系统动力学分析模型,计算系统各子构件稳态振动响应。以系统传动平稳性和啮合副动载系数建立构件动态性能评价函数,按照子构件在系统中的加权建立系统动态性能评价目标函数,通过对目标函数评估从而得到具有良好动态性能的设计参数。对3组设计参数虚拟样机进行谐响应仿真分析,仿真结果表明,基于动态特性分析确定设计参数的虚拟样机扫频振幅最小,研究结果可对提升活齿传动系统动态性提供技术参考。     

弹性支承下弧齿锥齿轮系统参数平面中的域界结构研究

弹性支承下弧齿锥齿轮系统的振动分析属于高维非线性动力学问题,其参数平面中的域界结构研究对实施振动抑制与控制具有重要意义。以某新型航空发动机的中心轴弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,建立了7自由度非线性动力学模型。采用Adomian分解算法求解振动方程的分级响应。基于胞映射和庞加莱截面的思想,在支承刚度与啮合频率、支承阻尼与啮合频率以及支承刚度与支承阻尼所构成的参数平面中,分析了弧齿锥齿轮非线性系统的不同周期振动之间以及周期振动和混沌振动之间的域界。借助平面域界图,研究了参数平面内系统振动分岔类型与分岔结构。研究结果为弧齿锥齿轮系统的支承参数设计与振动主动控制提供了依据,并可根据系统参数所处的范围对弹性支承下弧齿锥齿轮系统的振动形态进行预测。     

基于Prohl-Myklested方法的汽车变速器斜齿轮传动系统建模及非线性分析

针对变速器斜齿轮传动系统盘与轴横截面变化不大特点,基于改进无质量弹性轴当量抗扭刚度计算式的Prohl-Myklested方法,将该系统简化为较少自由度的集中参数模型,并仿真验证。获得圆盘两端轴段抗弯刚度不同情况的盘-轴系统刚度矩阵计算公式,建立具有各轴抗弯抗扭刚度不同、两端集中质量、非对称弹性支承特点的斜齿轮转子系统运动微分方程。计算传动系统非线性特性。结果表明,采用改进的Prohl-Myklested方法对汽车变速器传动系统进行降维处理模型能准确反映系统动力学特性;齿侧间隙、时变啮合刚度耦合作用导致系统产生复杂非线性现象,提取出齿侧间隙过大时故障特征,为该类齿轮系统故障诊断提供依据。     

裂纹对弧齿锥齿轮传动系统振动特性影响研究

为全面掌握裂纹对弧齿锥齿轮传动系统振动特性影响,用Pro/E软件建立了无裂纹和含裂纹弧齿锥齿轮完整的三维接触模型,并基于有限元分析软件ANSYS对模型进行了仿真模拟与数值计算,得到了啮合刚度的变化规律。借助置于转子上弧齿锥齿轮传动系统8自由度动力学模型,建立了非线性振动方程并使用MATLAB软件的ode45()函数对其求解,得到了无裂纹和有裂纹两种状态下的系统振动响应。发现裂纹不仅对弧齿锥齿轮传动系统振动大小有影响,而且对系统振动的形式也有影响,甚至会导致系统产生拟周期振动和混沌振动,使系统的有序性降低,工作性能变差。从而得出可以根据振动特性的变化来对弧齿锥齿轮结构的损伤进行故障诊断的结论。     

高速机车牵引齿轮传动系统动态特性及非线性因素影响研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度、齿面间隙、轴承游隙等多种非线性因素影响,并考虑高速机车齿轮传动系统三维空间五个方向的振动响应,建立高速机车齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合多自由度动力学分析模型。对动力学方程进行无量纲化后,采用4阶变步长Runge-Kutta法对高速机车齿轮传动系统动力学模型进行求解得到高速机车齿轮传动系统时间历程曲线和幅频响应曲线。定量给出齿轮内部激励、齿面间隙、轴承游隙等参数等对高速机车齿轮传动系统的影响,为齿轮的动态优化设计和齿面侧隙、轴承游隙等参数的合理选择提供理论基础。     

基于刚柔耦合的复合滚柱活齿传动动态特性分析EI北大核心CSCD

针对实心滚柱活齿在运行过程中滚柱接触应力大和系统易产生较大振动噪音的问题,对滚柱活齿进行改进,提出一种复合滚柱活齿结构,在数值仿真过程中将复合滚柱活齿外圈和内芯以及实心滚柱活齿进行柔性化,分别建立了两种不同滚柱活齿传动的刚柔耦合动力学模型,对系统传动动态特性进行分析。仿真结果表明,复合滚柱活齿传动与实心滚柱传动相比,其动态啮合力和振动加速度的峰值及波动范围更小,输出更平稳。复合滚柱的柔性增大了滚柱活齿传动中的阻尼,使系统在运行过程中的冲击载荷减小,系统振动明显改善。振动试验表明,复合滚柱活齿样机所测振动加速度峰值明显降低,且整体传动振动噪声明显改善,复合滚柱活齿结构对传动过程减振降噪起到一定作用。     

复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制EI北大核心CSCD

建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型,并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入,分别利用做大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动,基于拉格朗日方程,采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制,根据系统耦合振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明,所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征,相比传统输入整形控制法,所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。     

二级圆柱斜齿轮系统耦合动态响应分析

应用集中参数法建立了一种计及时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差的二级圆柱斜齿轮传动系统弯－扭－轴－摆耦合动力学模型,推导并求解了传动系统的动力学微分方程组,得到了二级圆柱斜齿轮传动系统的动力响应。基于有限元法建立了箱体的动力学分析模型,在得到传动系统动态响应及轴承结合部动力学参数数值基础上,对箱体进行了动力响应分析。在将齿轮系统划分为传动系统与箱体两个子系统的基础上,实现了对整个齿轮系统的动力学分析。     

基于动态侧隙的齿轮系统齿面磨损故障动力学分析

根据齿面磨损、偏心和轴承的振动等会引起齿轮系统齿侧间隙时变这一特性,提出了基于动态侧隙的齿轮系统齿面磨损故障分析方法。综合考虑动态啮合刚度、动态齿侧间隙、摩擦、偏心等因素建立了单级齿轮传动系统六自由度啮合耦合型动力学模型,给出了全齿均匀磨损和偏心磨损故障的仿真方法,并对含故障齿轮系统动力学行为进行了分析。最后,利用齿轮实验台对齿侧间隙增大的磨损故障进行了模拟,验证了理论分析结果。研究表明,齿轮系统传递误差、振动冲击状态和振动剧烈程度等会随齿面磨损形式和程度不同而变化,为齿面磨损故障的监测与诊断提供了理论依据。     

机电集成压电谐波电机传动系统非线性自由振动分析

设计集压电驱动、谐波传动及活齿传动为一体的机电集成压电谐波电机,并分析其工作机理。借鉴行星齿轮传动理论,建立传动系统动力学模型。利用Linz Ted-Poincaré法推导传动系统非线性频率特性方程及位移响应方程,分析传动系统的非线性频率变化规律及时域响应特点;通过ANSYS有限元软件对频率进行验证。结果表明,传动系统非线性由啮合齿数变化引起,啮合齿数越少系统非线性越显著;系统位移响应受非线性影响最明显、微弱的分别为波发生器x及u向;利用有限元仿真验证动力学模型的正确性。     

活齿波动减速器的设计

介绍了活齿波动减速器的结构及传动原理，分析了传动件间的运动关系，提出了销形活齿与针齿不干涉的条件，推导了偏心距e及模数m的计算公式。     

非线性悬吊质量摆对输电塔减振控制的研究

针对悬吊质量摆减控制研究中小摆角线性分析的局限性,本文提出考虑悬吊质量摆大摆角非线性特性来计算结构体系动力响应的方法,将传统分析中的悬吊质量摆的线性刚度修正为非线性。以一输电塔为例,通过线性和非线性计算结果对比可知,当摆角过大时线性计算方法不满足线性小摆角条件,而非线性计算方法则可很好模拟质量摆在大摆角下的响应。通过参数分析讨论了正弦激励周期、摆长及质量比对输电塔减震率的影响。选取三条不同场地地震记录,计算输电塔附加质量摆体系的地震响应,结果表明在不同场地条件下,输电塔均具有明显的减震效果。     

电动车减/差速器振动特性分析及改进

以某纯电动车的减/差速器为研究对象,首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素,建立了齿轮传动系模型;然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性,建立了减/差速器系统综合耦合模型,对其进行动态响应仿真分析及试验验证;最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值,降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明,所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性,揭示各个振动阶次产生的原因,轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%,对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。     

斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证

为准确建立斜齿轮动力学模型,更好分析斜齿轮系统振动特性,提出基于轮齿承载接触分析、考虑齿轮轴扭转变形的轮齿啮合刚度计算方法。分析国内文献普遍采用的基于啮合刚度分解建立斜齿轮动力学模型,指出其与理论力学相悖之处,提出基于力、振动位移分解法建立综合考虑时变啮合刚度激励、啮入冲击激励的斜齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。以某斜齿轮副为例进行的仿真计算结果表明,基于承载接触分析的轮齿啮合刚度计算方法能准确、方便求得轮齿啮合刚度,文献[8]动力学响应结果与理论实际存在明显差别,而基于力、振动位移分解法的响应则能与理论实际较好吻合。     

Failure of a swing pinion shaft of a dragline

The causes of failure of a swing pinion shaft of a coal handling dragline have been investigated in the present work. Along with the failed shaft, a small piece of material from the tooth of another shaft that rendered design life in service has also been analyzed. The chemical composition and general heat treatment of the shafts were as per recommendation. The microstructure of both the shafts was tempered bainite, which is usual for such pinion shafts. The mechanical properties met the requirement for such applications. The investigation included metallography, microscopy (SEM), hardness and fractography. Analysis revealed fatigue cracks initiated at a number of places along the length of the tooth, and grew to a considerable depth. Improper surface hardening of the pinion teeth is believed to have rendered the teeth susceptible to bending fatigue failure. Other factors like lubrication and impact loads in the tooth roots might have aggravated the failure.     

Failure Analysis of Reverse Shaft in the Transmission System of All-Terrain Vehicles

This paper presents a failure analysis of a reverse shaft in the transmission system of an all-terrain vehicle (ATV). The reverse shaft with splines fractured into two pieces during operation. Visual examination of the fractured surface clearly showed cracks initiated from the roots of spline teeth. To find out the cause of fracture of the shaft, a finite element analysis was carried out to predict the stress state of the shaft under steady loading and shock loading, respectively. The steady loading was produced under normal operation, while the shock loading could be generated by an abrupt change of operation such as start-up or sudden braking during working. Results of stress analysis reveal that the highest stressed area coincided with the fractured regions of the failed shaft. The maximum stress predicted under shock loading exceeded the yield strength and was believed to be the stimulant for crack initiation and propagation at this weak region. The failure analysis thus showed that the premature fatigue fracture of the shaft was caused by abnormal operation. Finally, some suggestions to enhance service durability of the transmission system of ATV are discussed.     

人字齿轮对称度的检测分析

人字齿轮是在大型动力传动装置上广泛使用的一种特殊齿轮,十分适合高速、重载传动。但是人字齿轮特殊的结构导致其加工困难,对于两侧齿的要求较高,尤其是对于两侧齿轮齿面与中心截面的对称度要求十分严格,检测难度大。本文通过对人字齿轮的对称度误差要求进行分析,找到了此项误差的主要测量要素,并提出了其在三坐标测量机上的检测新方法。     

Frequency spectrum and vibration analysis of high speed gear-rotor system with tooth root crack considering transmission error excitation

A finite element node dynamic model of gear-rotor-bearing system with different lengths of crack by taking the time-varying mesh stiffness, backlash, transmission error excitation, flexible shaft and supporting bearing into account is proposed. The time-varying mesh stiffness of gear-pair with cracked tooth is obtained by applying the improved potential energy method. Due to the periodic features of the dynamic responses of the system when the tooth is cracked, the short term component (tooth profile error and tooth pitch error) and long term component (accumulative pitch error) transmission error excitations are introduced, the RMS values, kurtosis values, and frequency spectrum diagrams of the dynamic response with respect to input speed considering different forms of transmission error excitation are gained. The influences of transmission error excitation and crack length on the dynamic responses are investigated. The effectiveness of the RMS value, kurtosis value and frequency spectrum in the judgment of the crack length is analyzed.     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-?数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明：与单轴系转子裂纹故障不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供了理论基础。