试验·研究

GJ20055030 齿轮系统参数对全局特性影响的研究[刊,中]/刘梦军…//机械工程学报.—2004,40(11).—58～63针对单对齿轮的时变非线性模型,利用混合胞映射方法对系统进行了全局分析。得到了系统在不同的输入转矩波动、齿侧间隙、齿轮综合误差、激励频率和阻尼比参数下系统的全局特性。分析了这些参数变化时系统吸引子的吸引域的演变规律。提出用系统对初值变化的敏感度来评定系统非线性     

用胞映射法计算摩擦对齿轮吸引域的影响

针对计及摩擦的单对齿轮传动系统的时变非线性模型,应用胞映射方法对系统进行了吸引域计算,得到了在不同的摩擦系数、时变刚度和激励频率参数下系统的吸引域和全局特性,分析了这些参数变化时系统吸引子吸引域的演变规律.研究表明,系统的竞争吸引子是互相缠绕的,摩擦能改变周期运动吸引子的性态,也能降低混沌时的Lypunov指数,有利于提高系统的全局稳定性.     

齿轮系统非线性动力学特性分析

综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差等因素,建立了直齿轮副单自由度非线性动力学模型,并利用变步长Runge-Kutta法对单自由度运动微分方程进行了数值求解。结合系统的分岔图、相图、Poincaré映射图以及FFT频谱图,分析了系统在参数变化时的动力学特性,得到了系统的混沌运动规律。结合齿轮的动载荷历程,得到了齿轮啮合冲击状态在非冲击、单边冲击以及双边冲击状态之间变化时变化过程与系统参数之间的关系。     

单级齿轮非线性系统吸引子的数值特性研究

为了定量地判断吸引子的特性,在建立间隙函数呈分段线性时单级齿轮系统的量纲一化的动力学方程的基础上,考虑到系统在传统意义下的Jacobi矩阵并不是处处存在的,故直接从Lyapunov指数(LE)的定义出发,给出了计算系统最大Lyapunov指数的方法;基于稳态数值响应阐明了计算系统吸引子关联分维数的方法;通过与系统相图及Poincaré截面图进行比较,验证了计算Lyapunov指数及关联维数的方法的正确性;在此基础上,分别对阻尼比、齿轮综合误差以及齿侧间隙等参数对系统动力学特性的影响进行了分析,分别计算了单独改变系统阻尼比、齿轮综合误差和齿侧间隙时,系统振动的分岔图、最大Lyapunov指数图以及系统的关联维数,得到了系统振动特性随这些参数变化时的变化规律。     

齿轮全齿磨损的胞映射全局动力学分析

含故障齿轮非线性系统的全局性态分析是对齿轮正确故障诊断的状态依据,运用能够反映非线性系统复杂全局性态的简单胞映射方法,把故障齿轮非线性系统所处的状态空间转化为胞空间,对齿轮非线性系统在不同程度磨损故障状态下的动力系统的全局特性进行了分析,通过对比不同程度故障下系统的吸引域及其吸引胞,得到磨损故障齿轮非线性系统全局特性的变化规律,为齿轮非线性系统的故障诊断提供了另一种研究思路和方法。     

齿轮系统周期运动稳定性研究

针对含间隙的强非线性齿轮系统动力学模型，用数值方法研究了当系统参数和初始条件变化时周期运动的稳定性。基于Floquet分岔理论将预测一校正算法用于讨论参数变化时周期解的稳定性，得到精确的分岔点参数值；通过胞映射法求得周期吸引子的吸引域，引入稳定性品质因子用以定量分析初始条件变化时周期运动的稳定性。该研究结果可为非线性动力学行为的分析和齿轮系统的设计提供参考。     

基于图胞映射方法的单自由度非线性齿轮系统全局特性分析

建立含时变刚度、齿侧间隙等非线性因素的单自由度非线性齿轮系统的数学模型,介绍以图论理论和广义胞映射理论为基础的图胞映射方法,并据此提出一种解非线性问题的图胞映射算法,运用提出的图胞映射算法对齿轮非线性系统进行全局分析,得到系统的吸引子、吸引域、不稳定解以及吸引域边界等全局特性.结果显示:当Ω=0.45,0.80,1.50时,系统分别具有1个、3个和2个稳定的吸引子,当Ω=1.50时,系统还具有一个不稳定的吸引子.最后利用系统的相图进行对比分析,分别取不同吸引域内的点为初始点,最终收敛于相应的稳定的吸引子,从而验证图胞映射算法的有效性和可信性.利用图胞映射算法的计算结果可实现在不良参数条件下,通过合理控制系统的初始条件获得良好的系统响应.     

齿轮传动机构混沌与分叉的研究

针对混合动力汽车齿轮减速机构,建立了间隙型非线性动力学模型并采用变步长Runge-Kuua数值积分法进行了求解.在考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和综合齿频误差激励的情况下,研究了系统激振频率、啮合阻尼比和静载荷等参数对动态响应的影响.利用位移响应时间历程、相平面图详细描述了系统在倍周期分岔道路上吸引子由规则运动到混沌运动的演化过程.结果表明:因变化阻尼比引起的周期倍化道路上存在吸引子突变现象.从理论上揭示了齿轮副非线性动力学行为的复杂性态.     

基于G-P算法关联维数齿轮系统相空间吸引子数值特性

为有效刻画齿轮系统相空间吸引子结构的数值特性,建立了直齿轮系统含间隙与综合传动误差的非线性动力学模型,基于G-P算法推导了等间隔的齿轮系统吸引子关联维数计算公式。对周期运动和混沌运动吸引子,采用Lyapunov指数与关联维数等手段定量表征其数值特性,利用Poincaré截面法定性分析了混沌吸引子的演化和迁移进程。通过关联维数对阻尼比和综合传动误差变化下的混沌吸引子演化行为进行了追踪刻画,结果表明,吸引子结构越复杂则关联维数越大,系统振动越敏感,混沌吸引子关联维数值介于整数1和2之间,具有分数维特征。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

半功率点法估计阻尼比的误差分析

从快速傅里叶变换（FFT）离散谱线中难以恰好找到半功率点，通常是通过线性插值法近似确定半功率点来估计阻尼。文中采用理论分析与数值仿真相结合的方法研究基于线性插值的半功率点法的主要误差因素和各自特性，特别是其中窗阻尼变化规律。研究结果表明，①应尽量接近整周期采样。②无阻尼系统因进行FFT截断也会出现虚假的窗阻尼，且真实阻尼不等无表观阻尼减去窗阻尼。③阻尼的相对误差主要取决于采样周期数与阻尼比，其物理意义是截断窗口内的信号衰减程度。④要保证阻尼10％的精度，窗阻尼要小于表观阻尼的2／3。     

综合传动装置变速机构振动频率与敏感度分析

为了避免综合传动装置在扭转振动时发生共振，需要对传动装置的结构参数进行重新设计、修改。一个复杂的传动装置中，修改哪些结构参数才能有效地改变系统的固有频率是不易确定的。文中建立某综合传动系统的多自由度质量－弹性－阻尼动力学模型，根据复模态振动理论求解该系统在某一挡位下的振动模态，并进行振动频率对系统结构参数的敏感度分析，从33个结构参数中选出4个进行修改，可以有效地改变系统的固有频率。     

齿轮系统动态传递误差和振动稳定性的数值研究

建立了计及轮齿时变啮合刚度、啮合阻尼、支承刚度和阻尼的齿轮系统扭转-横向振动耦合的3自由度动力学模型。用数值仿真方法,研究了重合度、支承刚度、啮合阻尼和支承阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响。研究结论对于高速、精密齿轮传动的动力学设计具有积极意义。     

INVESTIGATION OF RATTLING THRESHOLD IN GEAR SYSTEM

A lumped mass gear-rattling model with backlash is established by considering the time varying mesh stiffness,composite transmission error and the torque fluctuation.Based on the principle that no separation will occur if the response amplitude is not larger than the static response, the threshold is obtained by theoretical derivation.The validity of the theoretical derivation is verified by the numerical method.The results show that the time-varying mesh stiffness has little effect on the threshold.When the exciting frequency is less than the system natural frequency,the theoretical agrees well with the numerical one.The higher the exciting frequency or the smaller the average input torque is,the easier the separation will occur.When the exciting frequency is larger than the natural frequency by a certain value,the theoretical threshold does not agree with the numerical results.The numerical results show that the motion state will change from the meshing state to the separating state directly.The phenomenon that the gear pair sometimes separates and sometimes meshes occurs only when the exciting frequency is smaller.     

基于欧拉梁的准零刚度隔振系统动力特性分析

将两端受轴向压力的欧拉梁和线性弹簧并联,组成一个具备高静刚度和低动刚度的准零刚度隔振器。通过对隔振系统进行静力分析,给出系统具备准零刚度特性所需的条件。利用谐波平衡法求解系统的振动微分方程,分析系统的幅频特性,给出了系统的力传递率,讨论了阻尼、激励力等参数对系统传递率的影响。最后分析了该隔振系统的跳跃频率。研究结果表明：激励力以及初始偏移量的增大会使系统的隔振效果变差,因此要控制激励力的大小并尽量避免超载;阻尼比的选取需要综合考虑高频的隔振效果和有效隔振频率范围。     

关于计算机模拟齿轮噪声振动源的研讨

本文提出了一种计算方法,用以模拟作为齿轮噪声振动源一对渐开线圆柱直齿轮运动,即通过由静态传动误差间接处理内激励力,解出以传动误差为耦合变量的振动微分方程来得到动态传动误差;并建立了相应的具有频谱分析功能的数字模拟系统,试图为振动源机制的研究提供一个有力的工具。     

焊缝跟踪FUZZY－P控制规则的研究

介绍了一种非接触超声传感焊缝跟踪系统。该焊缝跟踪系统采用了Fuzzy－P控制理论,即在大偏差时采用比例控制,在小偏差时采用自调整模糊控制。研究了Fuzzy－P控制的阈值和比例控制的规则。介绍了自调整模糊控制的原理,提出了焊缝跟踪中的双因数自调整模糊控制方法。在试验的基础上确定了双因数的数值。应用公式法生成了模糊控制规则表。同时分析了自调整模糊控制中的比例系数对系统动态特性的影响。通过试验确定了该系统中的比例系数的数值。试验证明,该跟踪系统具有快速、准确、稳定的特点,完全能够满足实际工程应用的需要。     

齿轮传动动态系统辨识及修形研究

利用自动控制理论研究实际工况下齿轮传动的动态性能, 通过系统辨识算法, 建立了直齿圆柱齿轮传动周向振动和噪声之间的差分方程模型, 此模型能够准确描述齿轮传动系统的动态特性。根据齿轮传动周向振动和轮齿变形之间对应关系, 对降低齿轮传动噪声的齿廓修形曲线进行了优化设计, 并进行了试验验证。为齿轮传动系统的修形、减振、降噪和优化设计提供了一种新的研究方法。