考虑动载荷和表面粗糙度的渐开线齿轮摩擦因数的研究

 进行齿面摩擦因数的研究,对于减少摩擦损失、改善系统传动性能等具有重要的意义．建立渐开线圆柱齿轮的非线性时变单自由度动力学模型,求解得到动态啮合力和单对轮齿的受力．结合载荷分担概念和弹流润滑理论,得到考虑表面粗糙度和动态载荷的不同啮合位置处的齿面摩擦因数,并与静态载荷条件的结果进行对比．同时分析转速、表面粗糙度和润滑剂黏度等工作条件对摩擦因数的影响．研究结果表明：动态载荷对油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均有一定程度的影响．进入啮合段,油膜较薄,油膜承载比例较低.退出啮合段,油膜增厚,油膜承载比例增高.转速对摩擦因数的影响并非单调的,摩擦因数先是随着转速的增大显著减小,而后随着转速的增大而增大．随着表面粗糙度的增大,摩擦因数随之明显增大．在一定的黏度范围内,随着润滑剂黏度的增大,摩擦因数随之明显减小．     

考虑粗糙度的倾斜式双滚柱包络环面蜗杆传动弹流润滑分析

为了研究倾斜式双滚柱包络环面蜗杆传动共轭齿对在啮合传动过程中考虑粗糙度的润滑特性。根据该传动副的啮合理论,在弹性流体动力润滑理论基础上,基于牛顿流体弹流润滑模型建立了传动副的线接触简化模型和数学模型,考虑共轭齿面粗糙度对弹流润滑的影响,利用多重网格技术进行数值求解,得出一个共轭齿对从啮入到啮出不同啮合时刻的油膜厚度和油膜压力,并据此分析了滚柱半径、喉径系数、滚柱偏距、倾斜角对弹流润滑特性的影响。结果表明粗糙度的存在会造成传动副的油膜压力和油膜厚度产生波动,使最大油膜压力峰值增大,最小油膜厚度减小,因此粗糙度对该传动副的润滑是不利的;滚柱半径、滚柱偏距和倾斜角过大,喉径系数过小时,越不利于动压油膜的形成,对传动副的润滑越不利,要保持该传动副具有良好的润滑性能,滚柱半径、滚柱偏距和倾斜角不要过大,喉径系数不要过小。     

混合弹流润滑下人字齿轮系统动态啮合效率研究

为准确有效计算人字齿轮啮合效率,更好分析人字齿轮系统传动特性,建立滚动轴承支撑、同时考虑啮合刚度激励、啮合冲击激励及齿面啮合摩擦激励的人字齿轮传动系统12自由度动力学模型。分析啮合齿面润滑机理,通过齿面接触分析及轮齿承载接触分析程序,计算啮合齿面滑动摩擦系数及摩擦损失功率;在此基础上获得人字齿轮动态啮合载荷下齿面动态啮合效率。以人字齿轮传动系统参数为实例进行验证,分别计算齿面啮合静态效率、齿面啮合动态效率及参照AGMA标准的啮合效率。结果表明,齿面啮合效率以啮合齿频为周期,动态啮合效率低于静态啮合效率,符合因各动态激励因素存在导致系统能耗增大趋势,计算结果均值与AGMA标准值基本一致。表明该计算方法合理有效。     

基于弹流润滑与动力学耦合的WN齿轮传动的强度设计

提出应用动力学与弹流润滑耦合原理进行WN (Wildhaber Novikov)齿轮强度分析的方法.依据振动学、油膜承载机理及其数值分析法,结合WN齿轮啮合原理,创建了该齿轮传动润滑与振动力学耦合分析模型.利用齿轮副的接触弹性和接触衰减描述轮齿弯曲载荷,考虑了啮合中同时啮合齿数变化对其刚度的影响,进行了啮合过程中多因素综合情况下的强度分析.计算分析与实验结果相符,为WN齿轮传动及其结构强度优化设计提供了参考.     

圆柱滚子轴承混合润滑状态下的超声法膜厚测量

圆柱滚子轴承由于其线接触特点被广泛应用于各类低速重载工况下的大型设备中,其运行性能和稳定性与滚子和内外圈间的接触润滑状态密切相关;基于等效刚度的超声法可用于实际工况的滚子轴承弹流润滑油膜厚度测量,但无法直接适用于低速重载工况下流体润滑和粗糙峰接触共存的混合润滑状态膜厚测量。为此,提出了一种混合润滑状态下的超声测量方法,建立了界面油膜刚度和粗糙体接触刚度的并联模型,通过引入接触系数并结合经验公式对超声法所测界面总刚度进行分解,获取混合润滑状态下的油膜刚度,进而得到更加准确的油膜厚度。将实验结果和理论结果的对比分析,验证了该模型的可行性和有效性。     

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明：随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。     

滤波减速器润滑特性研究

为了研究啮合位置、载荷、转速等因素对滤波减速器润滑特性的影响, 建立了滤波减速器的内啮合润滑模型,将牛顿(有限元)法应用到弹流润滑方程组的求解中,利用Matlab软件,采用数值计算方法,实现了弹流润滑方程组的完全数值解,得到了滤波减速器轮齿在不同啮合位置、不同载荷以及不同转速下啮合轮齿表面油膜压力和油膜厚度值,分析了不同啮合位置、不同载荷以及不同转速下轮齿所处的润滑状态,得到了啮合位置、载荷以及转速等因素对轮齿润滑特性的影响规律.结果表明：在轮齿的啮入、啮出及节点处,润滑薄膜厚度值不一样,节点处的润滑膜厚值最小;载荷增大时,轮齿表面油膜压力会变大,而油膜厚度会变小;转速增高时,油膜厚度会变大,而油膜压力变化不大.     

波动转矩下渐开线直齿轮传动齿廓修形研究

分析了齿轮转速波动和齿面、齿背啮合相位差对啮合点的影响,结合单、双齿啮合和修形边界条件并采用解析法计算啮合刚度,建立了与齿轮实际运动状态和啮合状态相关的非线性啮合刚度模型,该模型可与齿轮非线性动力学方程实时反馈,更加准确地描述齿轮传动过程中的啮合刚度。建立了考虑间隙、非线性啮合刚度的2自由度单级齿轮传动非线性动力学模型,在波动转矩的作用下,对比研究齿廓修形参数对齿轮动态特性的影响。研究结果表明:修形量对齿轮动态特性影响显著,存在最优修形量使动载系数达到最小;当修形量超过某临界值齿轮产生单边或双边冲击现象,齿轮动载荷明显增加;外载荷一定,增加修形长度可降低动载系数最小值;波动转矩作用下,齿轮的最大修形量为最小转矩作用下单齿啮合最高点的变形量。     

含磨损故障的齿轮传动系统非线性动力学特性

为揭示磨损故障对于齿轮传动系统非线性动态特性的影响,利用Archard和Weber-Banaschek公式分别计算了齿面动态累积磨损量和磨损齿轮对的时变啮合刚度。建立含有非线性齿侧间隙、内部误差激励和含磨损故障的时变啮合刚度的三自由度齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学方程。采用变步长Gill积分方法对动力学模型进行了数值仿真分析,以系统的激励频率为分岔参数,计算系统的对应的分岔图;引入GRAM-SCHMIDT方法对系统的Jacobi矩阵进行正交化处理,计算系统的李雅普诺夫指数谱,同时结合Poincaré映射图和功率谱验证了李雅普诺夫指数谱和分岔图计算结果的正确性。通过研究发现了系统内部存在的丰富非线性现象,包括倍周期分岔途径、阵发性途径和多种拟周期通过锁相进入混沌的现象;在系统经由拟周期进入混沌的过程中发现了交替出现的拟周期与锁相现象以及拟周期运动时功率谱分量存在的Farey序列现象。研究结果表明含有磨损故障的齿轮传动系统具有非常复杂的动力学特性,而系统由周期运动进入混沌运动的途径也是丰富多样的。     

考虑内部激励随机性的两级分流式人字齿轮传动动力学特性

根据某特种装备用两级分流式人字齿轮传动系统的构型特点,考虑轴承变形、啮合刚度、啮合误差和齿侧间隙等因素,建立了两级分流式人字齿轮传动系统的轴承-齿轮耦合非线性动力学模型。采用Runge-Kutta逐步积分法求解系统的非线性动力学微分方程,从而获得随机啮合刚度和啮合误差激励作用下两级分流式人字齿轮传动系统的动态啮合力和动态支承力及其频谱,采用Monte Carlo仿真获得动态啮合力和动态支承力的统计特征,研究了啮合刚度和啮合误差随机性对动态啮合力和动态支承力的影响规律,为两级分流式人字齿轮传动系统动力学优化以及动态可靠性优化奠定基础。     

考虑齿面冲击及摩擦的单级齿轮系统动力学建模及分析

为研究齿轮啮合过程中齿面冲击对系统运动状态的影响,建立了包含单齿齿面啮合、脱啮和齿背啮合三种冲击状态的单级齿轮系统离散动力学模型,模型中考虑了摩擦、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传递误差等因素。基于三种冲击状态,定义了三种不同的Poincaré映射,利用变步长四阶Runge-Kutta法对系统动力学模型进行数值求解,得到了系统进入啮合时啮合力变化图,结合系统分岔图、最大Lyapunov指数谱、相图和随时间变化的动态啮合力图,分析啮合频率和齿侧间隙对系统啮合力的影响以及啮合力对系统动力学特性的影响。研究发现随着啮合频率和齿侧间隙的变化,齿轮系统齿面啮合力和齿背啮合力的复杂变化对系统运动状态有较大的影响。系统啮合力的周期或混沌突变可能会引起系统运动状态发生改变,也可能不会引起系统运动状态发生改变。系统在较高频率或小间隙的情况下出现齿背冲击现象,导致系统振动特性不稳定。此研究结果是建立考虑重合度大于1及载荷分配的齿轮系统动力学模型的基础。     

考虑弹流润滑及滑动作用下滚动轴承系统局部缺陷位移激励动力学建模

滚动轴承动力学模型可深入的分析轴承局缺陷动态响应特性。针对滚动轴承局部缺陷动力学建模在弹流润滑、滑动和轴承座等方面考虑因素不全的问题,建立弹流润滑及滑动作用下滚动轴承系统局部缺陷位移激励的二自由度动力学模型。首先对滚动体与滚道间的接触刚度、润滑油膜刚度和阻尼、轴承座刚度和阻尼计算并求得总的接触刚度和阻尼,然后再加入滑动更能真实的模拟轴承实际的运转情况;根据牛顿第二定律建立了局部缺陷轴承动力学方程,利用四阶龙格库塔方法求解,得到轴承局部缺陷的动态响应。通过对比故障滚动轴承试验与模型模拟的结果,验证了所建模型的正确性。     

计及齿面摩擦的直齿轮动力学分析

建立了考虑齿面摩擦影响的六自由度非线性直齿轮动力学模型,以FZG试验专用A型齿轮为研究对象,计算了实际时变啮合刚度,基于混合润滑模型分析了不同齿面粗糙度对应的时变摩擦系数,利用数值仿真方法研究了齿面粗糙度改变对齿轮啮合力、摩擦力、轴承力以及动传动误差等信号的时频特征的影响,并利用FZG试验台对A型齿轮具有完好齿面和损伤齿面两种状态下的多个振动加速度时频信号进行比较分析,验证了仿真结果。结果表明：齿面摩擦力会抑制啮合线方向的振动,齿面粗糙度增大会减小动传动误差,但加剧摩擦力方向振动,从而导致系统振动幅值增加,结论对齿面微损伤的故障诊断有实用参考意义.     

面齿轮副齿面磨损动态响应及其典型特征分析EI北大核心CSCD

为了揭示齿面磨损对面齿轮传动的影响,提出了一种结合黏着磨损公式的面齿轮副齿面接触分析方法。通过齿面接触分析得到面齿轮副接触椭圆离散点上的相对位移及接触应力,再根据黏着磨损公式可以定量得到齿轮的磨损深度;编写了含磨损的面齿轮副齿面坐标,并在ABAQUS软件中计算了不同磨损下系统的啮合刚度;将齿面磨损等效为齿面偏差,讨论了不同磨损对静态传递误差的影响;对比了面齿轮副在正常和磨损时的动态响应,分析了转矩对磨损的影响。结果表明:齿面磨损主要影响啮合刚度和静态传递误差的幅值,并且会导致加速度与啮合力幅值的快速增长;转矩的增大会引起磨损加重;相比于无量纲统计指标,加速度均方根对于磨损故障更敏感。     

考虑陀螺效应的面齿轮振动特性分析

为提高面齿轮传动系统的动力学特性,建立考虑陀螺效应、包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙、支撑刚度和阻尼等参数的非线性动力学模型。采用欧拉单步法对非线性动力学方程进行求解,分析模型计算结果的准确性和合理性。分析面齿轮传动系统啮合线位移、啮合力以及面齿轮和圆柱齿轮振动位移与时变啮合刚度幅值系数变化之间的关系,并通过两齿轮质心坐标平面相图得到两齿轮质心的振动情况。     

基于弹流润滑理论的非对称齿轮胶合强度多目标优化

为提高双压力角非对称齿廓齿轮的设计质量,缩短设计周期,依据弹性流体动力润滑理论,通过范例,以齿间最小油膜厚度最大和齿轮传动总体积最小为目标函数,按照粒子群优化算法,利用MATLAB编制优化程序,进行约束多目标优化设计.在此基础上,根据齿轮啮合原理和现代摩擦学原理从数学逻辑关系和物理机理上分析了目标函数对各个设计变量的灵敏度.研究结果表明:非对称齿轮的体积随模数和齿宽的增加而增加,对模数的敏感程度大于齿宽;齿间最小油膜厚度随模数、齿宽、压力角及变位系数的增加而增加,其敏感程度依次为压力角、模数、齿宽和变位系数;压力角是影响弹流润滑齿间最小油膜厚度最重要的因素,在工作齿侧适度增大压力角可以显著增大最小膜厚;大、小齿轮的变位系数对最小油膜厚度具有同等的影响程度.     

含时变刚度及侧隙的多级齿轮系统非线性动力学特性分析

对某伺服刀架动力传动部分的直齿圆柱齿轮系统进行模型简化,考虑啮合过程中时变啮合刚度,齿轮静态传递误差及齿侧间隙的影响,建立四级传动系统非线性动力学方程组。采用Runge-Kutta法对方程组进行数值求解,分析系统在不同转速,不同的啮合刚度的作用下,输入端和输出端齿对的动态传递误差(DTE)和动态啮合力的变化趋势。由于存在非线性,系统对参数的变化较为敏感,仿真显示齿对的啮合状态比例及稳定性在不同转速段存在较大差异,且对DTE及动态啮合力的值有较大影响。该结果为实现动力传动系统的平稳性提供了参考依据,具有较强的工程实际意义。     

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。     

误差齿面下直齿轮副内部激励及动态特性分析

基于齿轮加工、安装误差的分布规律,建立了渐开线直齿轮的误差齿面模型,提出了适用于该误差齿面模型的齿轮承载接触分析算法,研究了不同误差对直齿轮副内部激励的影响规律;建立了直齿轮副弯扭耦合动力学模型,分析了不同误差下齿轮系统的动态特性。研究表明：加工误差中,齿距偏差是齿轮副内部激励的主要影响因素;齿距偏差作用下,综合啮合误差呈阶跃变化,当阶跃值超过一定范围后时变啮合刚度发生突变;安装误差影响下,综合啮合误差为一定值,时变啮合刚度随中心距和轴线倾斜误差的增加而减小;为减小齿轮系统动态传递误差的峰峰值,齿距偏差应根据载荷大小合理分配,同时应避免由轴线倾斜误差导致的偏载现象发生。     

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。