多级行星齿轮传动动力学仿真研究

为获得多级行星传动的动力学特性,应用动力学仿真软件ADAMS,建立其动力学模型,对啮合过程进行仿真计算,并与理论结果对比。结果表明,仿真结果与理论结果是一致的,各级行星传动具有相同的动力学特性,其啮合传动时接触力的幅值波动显著,随轮齿的啮入到啮出,具有明显的周期性,并与行星轮的啮合频率相关,接触力频谱中都包含相应的行星轮啮合频率及其2倍频,证明了该模型的准确性以及可行性,为进一步研究多级行星传动的运动特性、有限元分析、优化设计提供了基础数据。     

多啮频激励下的多级齿轮传动分岔与冲击特性

以行星轮系+两级定轴多级齿轮传动系统为研究对象,建立含齿侧间隙、时变刚度、综合传递误差、阻尼、连接轴扭转刚度因素的多啮频激励扭转非线性动力学模型,用数值法对系统无量纲动力学方程求解,获得系统的分岔、齿面冲击、脱啮占空比、齿背接触比响应图。研究表明：系统各级传动分岔特性因多啮频激励不同步而不同步,啮频激励和连接轴扭转耦合影响各级传动的振动强度;随连接轴的扭转刚度减小其前级齿轮传动的动力特性对后级传动的影响减弱;行星轮系内外啮合结构不对称对齿面冲击、脱啮特性产生轻微影响;行星轮相位差对系统非线性动力特性无影响。     

电动轮轮边行星减速器动力学特性建模分析

电动轮轮边减速器作为复杂的行星齿轮传动系统,是受力情况复杂的动力传递系统,结构的动力学特性对机构的性能有重要影响。根据新型三级行星齿轮传动轮边减速器的结构特点和动力学特性,搭建多级传动齿轮副的运动微分方程,依此搭建系统的Simulink分析模型,模型利用齿轮时变刚度将传统扭振系统集中质量模型与齿轮动力学模型结合,同时引入轮边驱动电机矢量控制模型和负载变化模型,共同构成轮边驱动系统模型,可以分析齿轮传动在连续工况下啮合力,啮合变形等动态特性。分析齿轮传动在稳态及连续工况下啮合力、啮合变形、齿轮圆周加速度等特性的变化规律;并分析在典型工况下的工作过程。结果表明:随着齿轮传递扭矩增大、转速降低,三级传动机构的齿轮啮合更加稳定;齿轮时变刚度变化主要对齿轮啮合变形的变化产生影响,而对齿轮传递扭矩变化的影响变小,分析结果为此类机构设计提供参考。     

新型双内啮合行星齿轮传动性能分析

针对传统行星排特性参数较大、行星齿轮间载荷不均匀分布等问题,提出了一种新型双内啮合行星齿轮传动机构。介绍了该传动机构的技术优势,并对其结构组成与工作原理进行分析。基于转化机构法,建立了新型双内啮合行星齿轮传动机构基本元件间的运动学和力学模型,进一步分析了各元件的转速、转矩、功率等动态特性。最后基于啮合功率法,研究了新型双内啮合行星齿轮传动的效率特性。     

双排行星齿轮系统频率耦合影响因素分析

针对双排行星齿轮动态响应中出现的频率耦合现象,利用Adams软件,对双排行星齿轮两种典型连接形式建立动力学仿真模型。将啮合力进行傅里叶分解并按照两排的齿频及其倍频合成。以两部分啮合力的幅值比例,研究连接刚度、转速与负载对双行星齿轮频率耦合影响规律,结果表明,对于串联形式的双排齿排连接,连接轴扭转刚度达到10~8N·mm(/°)及以上时,频率耦合影响比例稳定,当前排齿频影响比例始终高于耦合齿频影响比例;随转速升高,当前排齿频影响比例增大,而提高负载,当前排齿频影响比例减小,耦合频率影响比例与之相反;对于并联齿排负载与转速组合分析,在工作区间,两排中频率耦合影响比例表现形式类似,∑f_h减∑f_b正比于负载比减转速比;多排行星齿轮系统中,频率影响比例分布符合上述串联、并联齿排频率耦合规律,且并联齿排频率耦合情况较串联齿排严重。     

基于有限元法的准双曲面齿轮时变啮合特性研究

准确计算准双曲面齿轮的时变啮合参数是其系统动力学分析的基础。基于接触有限元分析原理,应用有限元分析软件ABAQUS对齿轮进行加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),准确计算准双曲面齿轮时变等效啮合参数,包括时变等效啮合点位置、时变等效啮合力作用方向、等效啮合力作用方向上的线位移传动误差和时变等效啮合刚度,并研究转矩大小对时变啮合参数的影响。对比有限元法与经典齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法求得的传动误差曲线,并对比有限元法计算与加载啮合试验获得的齿面啮合印迹,验证有限元模型和计算的正确性。该方法求得的时变等效啮合参数能够准确体现准双曲面齿轮的时变啮合特性,为进一步研究准双曲面齿轮系统动力学特性提供依据。     

摆线钢球行星传动定位精度研究

针对摆线钢球行星传动啮合点弹性变形对传动性能的影响,提出利用啮合点变形求解定位精度的方法,并分析了耦合定位精度产生的机理。建立啮合副力学模型,利用啮合点刚度通过转矩平衡方程推导出啮合副的滞后转角,应用啮合副滞后转角推出机构耦合定位精度,分析了结构参数对耦合定位精度的影响。研究结果表明,传动机构滞后转角曲线呈周期性波动,机构耦合滞后转角主要来源于减速啮合副,幅值变化主要受等速啮合副影响,结构参数变化对耦合定位精度影响较明显。研究结果为摆线钢球行星传动的传动性能与定位精度的提高提供理论支持。     

浮动太阳轮对行星齿轮传动系统动态特性影响研究

行星齿轮传动因具有较大的传动比和较高的传动效率而被广泛应用于机械传动系统中。在行星齿轮箱中,太阳轮通常被设置为浮动的,以平衡各行星齿轮之间的负载。但是,太阳轮的浮动设置将导致啮合过程中的压力角、重合度和啮合相位的变化。在以前的研究中,这些参数被近似为常数。为了研究动态参数对行星齿轮箱在不同工况下振动响应的影响,建立了行星齿轮箱集总参数模型,该模型包含时变压力角、时变重合度和时变啮合相位。基于该模型,分析了太阳轮的振动机理,并与恒定参数模型进行比较,揭示了由这些动态参数引起的相位调制规律。通过比较不同负载和转速下的动态响应,研究了不同工况条件下的相位调制。     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

齿轮系统振动响应信号调制边频带产生机理

齿轮传动系统的振动频率成分复杂多变,许多频率成分难于进行力学解释。建立定轴齿轮系统啮合点处的单自由度动力学模型,并将模型激励划分为线性激励和非线性激励,分别推导正常状态和平稳型故障下的频率响应特性及诱导因素。正常状态下,齿轮振动响应频率成分为啮合频率及其倍频,由齿轮受载后产生的静弹性变形位移和啮合动刚度共同诱发,并由非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率成分。平稳型故障下,响应频率成分除正常运行特有的频率成分外,还包括:故障齿轮转频及其倍频,由平稳型位移误差函数与系统参数作用产生的惯性激励力、阻尼激励力和弹性激励力共同诱发;啮合频率及其倍频两侧间隔为转频的调制边频带,是由位移误差函数与啮合动刚度产生的弹性激励力引起的,并经非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率及调制边带。有限元仿真和试验均有效地验证了推导和分析的振动响应频率特征规律。     

人字齿轮分扭传动系统动力学建模与动态分析

以某航空发动机人字齿分扭传动减速器为研究对象,基于有限单元节点法建立考虑轴、齿轮转子陀螺效应、轴承支撑、系统阻尼及齿轮啮合作用的人字齿分扭传动系统动力学模型,计算人字齿时变啮合刚度,根据实测齿面计算出静态传递误差。根据建立的系统动力学方程,按振动理论方法计算得到轮系典型模态,经试验测试验证了计算模态的正确性;利用NewMark法对系统的时域及频域响应进行仿真计算,计算得到的系统时域响应收敛且存在调制现象,频域分析中存在啮合频率的次频、倍频与轴频。计算结果均与试验结果基本相符。研究工作为航空齿轮传动动态性能分析提供了有参考价值的方法。     

两级行星齿轮断齿故障的动态特性分析

以风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统为研究对象,运用ADAMS软件建立系统的动力学模型,比较了第一级行星齿轮系统在健康状态下和太阳轮、行星轮、内齿圈分别发生故障时系统的动态响应以及断齿故障下的太阳轮啮合力的频域特性。结果表明,随着断齿程度的增加,啮合力的幅值明显增加,且太阳轮啮合力频域响应的倍频幅值会增大并伴随着低频区边频带越来越密集,第一级太阳轮断齿故障对第二级齿轮传动影响不明显。     

塑料行星齿轮系统振动与噪声特性的研究

为了进一步了解塑料行星齿轮传动系统的传动特性,建立了塑料行星齿轮传动系统的物理模型和实验模型.对塑料行星齿轮传动在不同工况下的振动特性及噪声特性进行了研究.研究结果表明:塑料行星齿轮传动的振动主要分布在齿轮啮合基频带及各次倍频、谐频带和转子不平衡频带等;转速和负载的增大加剧了塑料行星齿轮在啮合基频处和谐频处的振动强度;负载的增加会抑制塑料行星齿轮在啮合2倍频处的振动强度;负载和转速的增加会明显的抑制转子不平衡的影响;噪声随着转速的增大而增大,负载的增大会抑制噪声的强度,噪声的峰值与各频带的共振峰值有着对应的关系.     

考虑摩擦动力学特性的TI环面蜗杆传动弹流润滑分析

综合考虑时变啮合刚度、传递误差和粗糙峰摩擦因数的影响,基于载荷分担理论和动力学理论建立了TI环面蜗杆传动副简易动力学模型,将摩擦动力学特性考虑到线接触弹流润滑理论(EHL)中,求解获得啮合周期内轮齿的啮合力与摩擦力变化趋势,绘制了不同参数下油膜压力和油膜厚度的分布情况。计算结果表明,低速时,啮入端的轮齿啮合力和摩擦力均大于高速时的啮合力和摩擦力;螺旋角增大,啮入端和啮出端的轮齿啮合力都明显增大;轮齿摩擦力随转速变化较小。最大摩擦力值降低,可提高蜗轮副传动寿命;轮齿啮合刚度对油膜压力和油膜厚度的影响最大,轮齿啮合力和粗糙峰摩擦因数影响较小。     

NN型少齿差行星齿轮传动啮合冲击分析及修形设计

针对少齿差行星齿轮传动时的多齿啮合效应,采用有限元法建立了渐开线少齿差多齿啮合模型,分析了动态轮齿的接触特性分析,得到了完整啮合周期内齿面接触应力、齿面印痕、齿面滑动位移等啮合特性参数,分析了啮入、啮出冲击对齿顶刮行的影响。采用长修形法对少齿差行星传动的齿轮进行齿廓修形,使轮齿啮合状况得到了改善,明显减小了啮合冲击对齿顶刮行的影响,研究结果对指导少齿差行星齿轮传动设计具有重要意义。     

基于时变啮合力的非圆齿轮传动动态磨损研究

由非圆齿轮变速比传动特性引起的时变啮合力对轮齿传动磨损具有重要影响,以精梳机中关键核心部件的椭圆齿轮副为研究对象,应用Hertz基础理论和Archard磨损公式,建立了基于时变啮合力的齿轮磨损计算模型,采用当量齿数法对非圆齿轮的啮合刚度进行求解,分析了单个齿廓的时变啮合力和磨损量的变化规律;在此基础上,研究了阶数和偏心率对椭圆齿轮时变啮合力及磨损量的影响。结果表明,齿轮时变啮合力和齿面磨损量随着偏心率和椭圆齿轮阶数的增加呈现不同程度的增加;时变啮合力在单双齿啮合区交界处发生突变;齿廓磨损量在节圆附近接近零,在齿根和齿顶处的磨损量较大。在对非圆齿轮不同节曲线向径处的磨损量进行研究时发现,在最小节曲线向径处的齿根磨损量显著大于最大节曲线向径处。该研究结果为使用修形方法降低时变啮合力与磨损量,从而延长齿轮寿命提供了一定的理论依据。     

N型少齿差行星减速器动力学仿真研究

基于多体系统动力学理论,在ADAMS软件中建立了N型少齿差行星减速器的动力学模型,对其进行了动力学仿真,揭示了运行过程中少齿差行星减速器主要部件的运动情况,直观描述了齿轮内啮合接触过程中啮合力在时域和频域上的动态变化规律,揭示了齿轮内啮合传动过程中啮合冲击引起的输出轴转速及轮齿间啮合力的周期性波动,并且将理论结果和仿真结果进行了比较;研究结果为少齿差行星减速器的设计提供了参考和依据。     

时变位姿下行星齿轮传动系统动应力计算模型及其参数影响研究

考虑行星轮系内部非惯性和机体时变位姿外部非惯性的综合影响,推导了任意时变位姿下带有机匣的行星轮系构件运动方程,计入时变啮合刚度、啮合误差、侧隙和啮入冲击,建立了时变位姿下行星齿轮传动系统级动力学模型,并采用精细积分时程法（Precision integration method,PIM）求解得到了动态啮合力序列。根据齿间载荷分配关系进一步得到单齿啮合力序列。最后结合修正Heywood公式与Hertz公式构建了时变位姿下行星齿轮传动系统齿根弯曲动应力和接触动应力计算模型,并研究了机体平飞、滚转和筋斗位姿参数对接触动应力、弯曲动应力的影响规律。结果表明：不同时变位姿参数对弯曲、接触动应力影响显著,且对不同齿轮副影响不同,即加剧了齿轮副间承载不均;筋斗运动角速度对动应力影响比平飞加速度、滚转角速度以及筋斗回转半径对其影响复杂;机匣对动应力影响随加速度增大而增加。研究成果为时变位姿下行星齿轮传动动应力计算与高可靠性设计提供了理论依据。     

考虑结构柔性的行星轮系耦合振动特性研究

针对传统集中质量法精度不高和大规模有限元模型计算量大、后处理困难的问题,在轴系单元法基础上提出一种针对行星轮系耦合振动分析建模方法。根据行星轮系结构特点,将行星轮系中各种构件分为简单轴系单元、行星架轴系单元及齿圈轴系单元等轴系模型,建立不同类型的行星轮系耦合动力学模型。研究结果表明,考虑结构柔性后,在低速阶段动态啮合力偏差与集中质量法求解结果基本相同,但随着转速增加,动态啮合力偏差与系统各阶共振频率均略有降低;而同一转速下,动态啮合力偏差随着齿圈厚度增大逐渐增加,但其变化量呈逐渐减小趋势。在所有结构中,轴的柔性化对振动影响最大,而行星架柔性对振动影响最小;各级齿轮副啮频相互耦合共同成为系统激励频率,而高速级啮频为最主要激励频率;振动能量不仅沿功率流方向传递,同样也会逆功率流方向传递。     

带有圆锥齿轮的复合行星传动功率流与传动效率分析

对带有圆锥齿轮的复合行星传动进行运动分析,在此基础上采用虚功率理论分析该复合行星传动在不考虑啮合功率损失和考虑啮合功率损失时的功率流,在定义速比与转矩比的情况下,获得复合行星传动效率表达式,进一步研究速比、转矩比和啮合功率损失系数及几何参数比对复合行星传动效率的影响规律,并开展相关试验验证。理论分析表明：在复合行星传动啮合功率损失系数和几何参数比被确定的情况下,复合行星传动效率随着转矩比的增大而增大,但随着速比的增大呈先减小后增大趋势;在复合行星传动速比和转矩比及几何参数比被确定的情况下,各齿轮副的啮合功率损失系数对复合行星传动效率的影响存在差异;在复合行星传动速比和转矩比及各齿轮副的啮合功率损失系数被确定的情况下,复合行星传动效率随着几何参数比的增大而增大。传动效率试验表明：选用高精度等级的锥齿轮、增大复合行星传动机构的转矩比及其行星轮的节圆半径可提高复合行星传动机构的传动效率。