考虑齿轮啮合激励的齿轮传动轴系扭振特性分析

在传统齿轮传动轴系扭转振动计算中,将齿轮副简化为单一惯量而忽略齿轮啮合动态激励,会导致轴系扭转振动特性分析的结果不能正确描述轴系实际工作状态.本文以齿轮传动轴系为对象,考虑齿轮啮合的动态特性,建立轴系扭转振动当量模型.对齿轮啮合时变刚度和啮合激励力进行Matlab数值模拟.将Newmark逐步积分法应用于轴系扭转振动强迫振动响应的计算中,计算在齿轮啮合动态激励扭矩和外加负载扭矩的分别作用和共同作用下的轴系扭转振动响应情况,比较分析结果,说明了齿轮啮合动态特性是轴系扭转振动的重要激励源而不可忽视这一事实.     

相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性.以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同.论文从转子动力学角度研究了齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据.     

直齿行星齿轮动力学建模与分析研究

建立了直齿行星齿轮的动力学模型.其中,齿与齿之间的啮合非线性由弹簧-阻尼器-间隙-啮合误差环节模拟.提出了一种以行星轮转角为变量的时变啮合刚度与时变啮合误差表达形式,解决了变转速下行星齿轮动力学模型的描述和求解问题.通过对动力学模型进行求解,分别研究了转速、齿侧间隙、啮合误差和负载等重要参数对行星齿轮动力学特性的影响.     

考虑摩擦剥落故障的直齿轮副啮合刚度研究

针对直齿轮副从动轮轮齿由于受到交变与热应力载荷而发生点蚀剥落故障时齿轮副时变啮合刚度变化问题,本文选取矩形剥落区域简化计算,建立齿轮副齿面剥落的物理模型,以势能法推导当发生非对称剥落故障时齿轮副传动任意时刻的啮合刚度;同时通过建立齿面摩擦模型,研究了基于定摩擦因数下和时变摩擦因数下齿面摩擦和点蚀剥落故障对齿轮副啮合刚度的综合影响,推导考虑齿面摩擦的剥落故障齿轮副啮合刚度计算解析式。研究结果表明,当齿轮发生非对称齿面剥落故障时,轮齿因发生扭转变形而产生扭转刚度,齿轮副啮合刚度减小;齿面摩擦对啮合刚度影响较为复杂,其会增加直齿轮副双齿啮合区间和单齿啮合区间啮入阶段的啮合刚度,减小单齿啮合区间啮出阶段的啮合刚度。     

基于齿轮动态激励和弹流润滑的多目标优化

依据齿轮啮合动态激励基本原理和弹性流体动力润滑理论,建立同时追求 齿轮啮合时变刚度激励最小、齿间最小油膜厚度最大（倒数最小）及齿轮传动总体积最小的 约束多目标优化设计数学模型。对现有的用于两目标优化设计的粒子群优化方法加以改进, 给出了约束3 目标优化设计方法。利用Matlab 编制优化程序,并对范例进行分析计算。优 化过程及结果表明,采用较多的齿数,在小于1 的范围内采用较大的正变位系数,适度采用 较大的压力角可以增大轮齿啮合综合刚度谱图中基频谐波的幅值,有效地提高齿轮传动系统 抵抗内部激励振动的能力及性价比。     

随机齿侧间隙下行星齿轮系统的修形方法研究

建立一个包含随机齿侧间隙、摩擦、时变啮合刚度等影响齿轮振动因素的行星齿轮系统动力学模型.使用非线性动力学方法对系统进行求解,并分析激励频率对系统的影响.提出修形的主动降噪措施对系统进行改进,重新计算行星齿轮系统的动力学方程.求解并分析激励频率对改进之后系统的影响,并和原始系统得到的结果对比,可以看出修形对于齿轮系统的减振是有效的.     

基于机器符号的行星齿轮耦合驱动系统仿真

为研究行星齿轮耦合驱动系统的动力学特性,基于MapleSim对该系统进行动力学仿真分析.在MapleSim中建立行星齿轮系统模型,基于机器符号推导出系统动力学方程.在考虑时变啮合刚度的条件下计算齿轮啮合的动载荷因数,得到在单输入和双输入时系统的动载荷历程.结果表明利用机器符号可以快速得到正确的动力学方程,使得系统动力学特性研究更加容易.     

人字齿轮啮合刚度计算与齿面载荷分布研究

为了精确地进行人字齿轮的强度计算和动态特性分析,首先建立了渐开线真实齿廓的人字齿轮三维模型,提出了一种基于有限元方法和齿轮啮合原理的准确计算人字齿轮啮合刚度和齿面载荷分布的有效方法.方法利用有限元方法计算齿面柔度系数,考虑了齿轮的动态啮合过程.运用该方法计算了一对人字齿轮模型,最后分析了斜齿轮和人字齿轮啮合刚度的关系,得出了斜齿轮和人字齿轮啮合刚度近似相等的结论,为后续的动力学分析提供了准确的刚度激励.     

弹性支撑下风电机组传动系统结构动力分析

考虑水平轴风力发电机组齿轮箱弹性支撑的柔性连接特性,基于集中质量思想和拉格朗日方法,建立风力发电机传动系统多体动力学模型,研究了齿轮箱弹性支撑对传动系统结构动力学特性的影响.利用动力学模型和模态分析方法,得到了由弹性支撑耦合到系统后的模态频率,并获取了在该模态激励下的模态动能分布.采用变参数方法进行传动系统模态对齿轮箱弹性支撑刚度变化的敏感性分析,利用模态叠加法进行齿轮箱体的动响应分析.数值求解结果和分析表明,考虑齿轮箱弹性支撑的传动系统某阶固有频率即为弹性支撑下齿轮箱体振动主模态;弹性支撑线刚度对传动系统低频率固有模态存在一定影响;齿轮箱体振动分析时应考虑1阶和2阶的低频模态较为合理.本研究工作对传动链系统方案可靠性设计和抑制传动链振动的加阻控制提供了一定理论基础.     

基于最大Lyapunov指数的行星齿轮传动系统混沌特性分析

为了分析行星齿轮系统的混沌特性,基于集中参数理论,考虑时变啮合刚度、齿隙和综合啮合误差等非线性因素,建立行星齿轮系统扭转振动模型.采用Runge-Kutta数值解法求解振动方程,利用分岔图和最大Lyapunov指数图分析系统随各种参数变化的分岔与混沌特性.数值仿真得出:随激励频率的增加,系统首先从周期运动进入阵发性混沌,再通过逆倍化分岔由混沌回到周期运动,之后再次通过跳跃激变和倍化分岔由周期运动进入混沌运动,最后通过逆倍化分岔稳定到1周期运动.随阻尼比的增加,系统通过逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.随综合啮合误差幅值、齿隙和刚度幅值分别增加的三种情况下,系统都是通过倍化分岔由周期运动进入混沌运动.随荷载的增加,系统通过跳跃激变和逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.以上分析结果可为行星齿轮系统参数设计提供理论依据.     

基于LS_DYNA的齿轮传动有限元动力学分析仿真

为研究齿轮传动系统的转动惯量和传动轴的扭转振动对齿轮应力变化的影响,对某齿轮传动中的1对渐开线直齿轮进行有限元动力学分析仿真．首先利用Pro／Engineering建立齿轮副的CAD几何模型;然后导入到LS_DYNA中建立齿轮副有限元模型,对齿轮副进行接触一碰撞有限元动力学分析;最后考虑该齿轮副后传动的转动惯量以及传动轴刚度对齿轮传动的影响,将转动惯量等效成质量圆盘,将传动轴等效成实体单元,建立齿轮传动等效模型的有限元动力学模型．通过分析计算得到齿轮副在模拟工况下的接触应力变化,同时获得在考虑齿轮接触、变形等情况下齿轮传动系统输入和输出的关系．结果表明,后传动输出速度和加速度明显滞后于前传动产生的速度和加速度,而且经过系统传递后,输入使得传动更加平稳．研究结果可为进一步研究齿轮传动系统的动力学特性和疲劳寿命计算提供参考．     

双周期参数系统的受迫振动响应

谐波减速器在制造过程中,如果柔轮齿与刚轮齿引入了周节累积误差,则谐波减速器在动力传递中将出现双周期时变扭刚度波动,形成双周期参数振动问题.本文引入基于组合频率的二重三角级数,逼近双周期参数系统受迫振动,应用谐波平衡,得到不含时间变量的谐波系数递推式,形成三维矩阵代数方程;采用矩阵降维法,将三维矩阵代数方程转化为两维矩阵代数方程,实现响应谐波系数的求解.研究结果对双周期参数振动中响应预测问题研究和工程应用具有一定的理论指导意义.     

Application of the Principle of Design of Adaptive Systems with a Reference Model to Problems of Monitoring of a Current State of Transmission Shafts

A possibility of monitoring a current state of transmission shafts on the basis of an adaptive system with a reference model is considered. Using a gas-turbine engine as an example, a problem is solved for the estimation of a torsion angle of the shaft that transmits the torque of a free turbine through the reduction gear to the propeller in the condition of a finite value of the torsion stiffness of the shaft. The torsion angle specifies the current state of the shaft and can be used for the advanced disengagement of the engine in the event of the breakup of the transmission. It is shown that the suggested adaptive system of estimating the torsion angle of the shaft ensures a high dynamic accuracy in the stationary and nonstationary modes of operation of the engine. The mathematical modeling confirmed the serviceability of the system under conditions that are close to actual ones, in particular, under the action of random noise of the measurement.     

Optimal Bayesian estimation and control scheme for gear shaft fault detection

Fault detection and diagnosis of gear transmission systems have attracted a lot of attention in recent years, but there are very few papers dealing with the early detection of shaft cracks. In this paper, a new methodology for predicting failures of a gear shaft system is presented. The time synchronous averaging (TSA) method is applied to the gear shaft vibration data, and the wavelet transform technique is then used to obtain quantitative indicators of gear shaft deterioration. System deterioration is modeled as a hidden, 3-state continuous-time homogeneous Markov process. States 0 and 1, which are not observable, represent healthy and unhealthy system conditions, respectively. Only the failure state 2 is assumed to be observable. The computed quantities, which are stochastically related to the system state, are chosen as the observation process in the hidden Markov modeling framework. The objective is to develop a method for optimally predicting impending system failures, which maximizes the long-run expected average system availability per unit time. Model parameters are estimated using the EM algorithm and an optimal Bayesian fault prediction scheme is proposed. The entire procedure is illustrated using real gear shaft vibration data.     

Optimal Bayesian estimation and control scheme for gear shaft fault detection

Fault detection and diagnosis of gear transmission systems have attracted a lot of attention in recent years, but there are very few papers dealing with the early detection of shaft cracks. In this paper, a new methodology for predicting failures of a gear shaft system is presented. The time synchronous averaging (TSA) method is applied to the gear shaft vibration data, and the wavelet transform technique is then used to obtain quantitative indicators of gear shaft deterioration. System deterioration is modeled as a hidden, 3-state continuous-time homogeneous Markov process. States 0 and 1, which are not observable, represent healthy and unhealthy system conditions, respectively. Only the failure state 2 is assumed to be observable. The computed quantities, which are stochastically related to the system state, are chosen as the observation process in the hidden Markov modeling framework. The objective is to develop a method for optimally predicting impending system failures, which maximizes the long-run expected average system availability per unit time. Model parameters are estimated using the EM algorithm and an optimal Bayesian fault prediction scheme is proposed. The entire procedure is illustrated using real gear shaft vibration data.     

不同载荷工况下机床主轴预紧力选取的数值分析方法

为研究预紧力对机床主轴的影响,提出在不同载荷工况下机床主轴预紧力选取的数值分析方法.计算得到预紧力与轴承刚度的关系,在轴系结构有限元模型中设置不同预紧力下的轴承刚度值,通过静力学分析求解轴系变形和刚度;计算得到预紧力与轴承发热量的关系,在轴系热分析有限元模型中设置轴承热源,通过传热分析求解主轴温升.计算结果表明,该方法...