渐开线斜齿轮传动摩擦动力学耦合研究

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度以及摩擦力等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学、弹流润滑理论,建立12自由度斜齿轮摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,将动力学求解获得的动态轮齿作用力用于润滑分析中,而润滑分析获得的摩擦因数再次用于动力学分析计算中。通过实例研究了齿面摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系。研究表明:考虑耦合效应后的斜齿轮动态响应与定摩擦因数下的动态响应相比有较大不同,且时变摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应影响尤为显著;动态载荷等对斜齿轮润滑特性影响较大,转速接近共振转速时,动态载荷作用下的油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数分布规律与幅值与稳态载荷相比差异明显。动态载荷对斜齿轮润滑特性以及时变滑动摩擦力对动态响应的影响不可忽略。     

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。     

含裂纹故障齿轮系统的非线性动力学研究

考虑时变啮合刚度、间隙非线性及传动误差的影响,针对试验齿轮箱中的单对齿轮传动建立齿轮副扭转振动的参数化动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行研究。采用平均法分析齿轮裂纹模型的主共振及1/2亚谐共振的动力学响应;给出裂纹演化过程对齿轮系统啮合刚度及动力学行为的影响;通过幅频特性曲线、时域图、相轨迹图、Poincaré截面图及频谱图综合分析含有裂纹故障齿轮的振动特征;通过奇异性理论分析裂纹程度及传动误差所产生的内部激励与系统动力学分岔的关系,从而揭示了不同裂纹程度和传动误差所引起的不同分岔模式;最后通过试验提取含有裂纹故障齿轮的振动特征,试验结果验证了理论分析的结果,从而为齿轮系统裂纹故障的识别提供理论依据。     

不同转速下齿轮动力学与油膜润滑耦合研究

为探究齿轮振动时油膜的动态特性,考虑齿轮时变啮合刚度的激励作用,基于动力学理论,建立齿轮系统动力学模型,分析齿轮系统的弹流润滑特性;同时,基于弹流润滑数值解,建立油膜的刚度模型,进行不同转速下齿轮动力学与油膜润滑的耦合研究。研究表明:基于动力学模型进行弹流润滑的求解时,油膜厚度表现出一定的动态特性,且不同齿轮转速下的振幅和振动频率不同;随着齿轮转速的增大,油膜的刚度减小,对于高速重载的齿轮系统,油膜润滑对其振动特性有较大的影响,应当将齿轮振动与油膜润滑视为整体进行研究。     

摩擦作用下周期双参变激励齿轮系统非线性振动响应研究

研究了周期双参变激励齿轮系统在摩擦作用下的动力学响应,建立了考虑轮齿时变啮合刚度和齿间摩擦的单自由度扭转非线性振动模型,研究了摩擦因子、重合度、惯量比、刚度因子、阻尼因子、载荷分配系数等参数对齿轮系统非线性振动响应的影响。研究结果表明:摩擦对周期双参变激励齿轮系统非线性振动有重要的影响。     

变参数对少齿差行星减速器振动特性影响及实验

建立了一种综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、齿侧间隙和输入转速等多参数的少齿差行星减速器弯扭耦合非线性动力学模型。分析计算了该减速器的啮合误差激励,根据啮合特性推导出时变啮合刚度,并建立系统多参数、多处非线性和多自由度的动力学微分方程。利用Matlab求解各参数对系统非线性振动特性的影响,最后进行实验进行分析验证不同转速、负载对系统振动特性的影响。结果表明:时变啮合刚度、啮合阻尼、齿轮误差、齿侧间隙及转速对减速器振动影响较大,振动实验结果与仿真分析趋势基本一致,验证仿真分析的正确性。     

考虑时变刚度与侧隙影响的非对称渐开线齿轮动力学特性研究

为获得更为准确的非对称渐开线齿轮动力学变化规律,将时变啮合刚度和齿轮侧隙两个因素引入传统齿轮副扭转振动模型,建立非对称渐开线齿轮的动力学模型;利用Runge-Kutta法求解该模型,获得时间历程图、相图、Poincaré映射图以及FFT频谱图,进而分析时变啮合刚度和齿轮侧隙变化时的齿轮动力学行为。研究发现,非对称渐开线齿轮的平均啮合刚度大于对称渐开线齿轮,具有更优的动力学性能;时变啮合刚度中的1阶谐波分量对动力学性能影响不大,但平均啮合刚度影响较大,且其与动力学性能之间呈现出非线性变化规律,即随着平均啮合刚度的增加,动力学特性由差变好,但继续增加后又变差,因此,需根据实际工况确定其最优值。随着齿轮侧隙的增加,动力学性能下降,与对称渐开线齿轮相同。该项研究对于扩充非对称渐开线齿轮动力学理论体系、提高其传动性能,具有一定的理论意义和应用价值。     

滚动轴承非线性时变参数动力学模型与故障机理研究

基于滚动轴承故障动力学模型研究其振动特性及故障机理是实现轴承故障准确诊断的基础。为描述滚动轴承缺陷对其振动响应特性的影响,考虑滚动体与缺陷的相对几何关系,提出了时变接触变形与时变刚度耦合的滚动轴承故障非线性动力学模型。以NSK6205深沟球轴承为对象,通过建立6+N_b自由度非线性时变参数动力学模型,分析了滚动体通过外圈缺陷区域时接触变形、接触刚度以及振动响应的变化过程,得到了不同缺陷尺寸下滚动轴承故障冲击振动响应特征变化规律。理论分析和实验研究结果表明,随着缺陷尺寸的增加,滚动轴承故障振动响应产生由双冲击到多冲击的变化特征,不同缺陷尺寸下,滚动体进入和离开缺陷过程中产生的冲击响应明显不同。研究成果为基于振动信号实现滚动轴承故障尺寸判断提供了理论依据。     

含摩擦的椭圆齿轮非线性动态特性分析

建立了椭圆齿轮副的弯扭耦合模型,包含齿面摩擦、时变刚度、阻尼、齿侧间隙等因素;选取不同的参数,采用4～5步长Runge-Kutta数值方法求解,分析了椭圆齿轮副的非线性动态特性.由分析可知,当转速较低时,椭圆齿轮系统处于单周期,运动稳定且有规律,转速的增大使其存在拟周期和不稳定、无规则的混沌运动交替出现的现象;摩擦因数和阻尼比的增大能使系统的运动更稳定;而时变啮合刚度系数和偏心率的增大则会使系统的运动更不稳定.     

考虑油膜润滑作用的渐开线齿轮动载荷分析

以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦和油膜润滑作用,结合油膜与粗糙峰共同承载理论建立齿轮系统动力学模型。为深入研究不同转速对齿轮动态特性的影响,给出基于最小势能原理的稳态载荷分布模型,并对比分析渐开线齿轮在不同转速下冲击载荷沿啮合线的分布规律。计算结果表明：润滑油膜对共振区的动载荷有一定程度的削弱作用;齿廓误差越大,冲击越明显;油膜刚度呈强非线性,且随着润滑油粘度的增加而增大;低速时,冲击动载荷均值接近稳态分布,但在单双齿啮合交替点有明显波动;随着转速的升高,高频冲击衰减,动载荷和相对线位移逐渐呈现周期波动;随着螺旋角的增加,动载荷趋于平稳,且幅值有所降低。啮合初始段,摩擦因数较高;退出啮合段,动载荷减小,油膜变厚,摩擦因数明显降低。随着粗糙度的增加,粗糙峰接触比例升高,摩擦因数变大。