无侧隙啮合斜齿行星传动系统动力学建模与分析

建立了一个包含无侧隙啮合、轴承间隙、时变啮合刚度、重力激励和其它外部激励的斜齿行星传动系统平移-扭转耦合动力学模型,研究了影响齿面接触状态的主要因素以及齿面接触状态对斜齿行星齿轮传动系统动态特性的影响规律。仿真结果表明,无侧隙啮合对斜齿行星传动系统的轴承力和齿面啮合力有显著的影响,无侧隙啮合与侧隙、轴承间隙密切相关,并且当行星齿轮的组件重力很大时,重力激励是造成无侧隙啮合的重要原因。     

牵引电机扭矩激扰的机车齿轮传动系统非线性特性

考虑牵引电机扭矩变化和轮轨黏着力波动等外部激励,以及齿侧间隙、时变啮合刚度和传递误差等内部激扰,采用集中质量法建立了某和谐号机车直齿齿轮传动系统的动力学模型。利用数值方法求解了电机扭矩变化时齿轮传动系统的动力学响应。结合分岔图、相平面图、庞加莱截面图、时间历程图、频谱图,分析了电机扭矩变化对系统非线性特性的影响规律,揭示了系统由单周期、多周期到混沌运动的非线性动力学演化机理。     

随机内外激励对齿轮系统动态特性的影响分析

考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等因素的影响,建立了单对齿轮系统纯扭转非线性动力学模型。将齿轮综合传递误差波动和外部载荷作为随机变量,利用数值仿真方法对系统模型进行了求解,通过统计分析得到了系统各响应量和动态啮合力的统计特征。结果表明:外部激励的随机性对齿轮系统振幅和动态啮合力的影响比综合传递误差波动随机时明显;综合传递误差及外部激励随机波动离散程度的增加会导致系统振幅和动态啮合力不稳定性加剧。     

采煤机行走部传动系统动态特性研究

采煤机行走部传动系统力学特性复杂,实际工作中由于行走故障导致采煤机停机的现象频发。为改善采煤机的行走特性,提高其行走可靠性,建立了采煤机行走部传动系统的多体动力学仿真模型,研究了传动系统动力学特性,提取了不同行走速度、不同行走负载下的齿轮啮合力和输出角速度波动曲线,分析了啮合力和输出角速度随行走速度、行走负载变化的规律。研究结果表明:轮齿啮合圆周力与径向力峰值存在90°相位差;随着行走速度的增大,采煤机行走稳定性降低,两级行星齿轮的啮合力增大,特别是高速级行星齿轮啮合力增大更为显著;随着行走负载的增大,行星齿轮的啮合力增大,但是传动系统的输出角速度基本保持稳定,为采煤机行走部传动系统优化设计提供了参考。     

含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性研究

为研究含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性,建立了考虑齿侧间隙的采煤机截割部齿轮系统动力学模型,并确立了模型中啮合刚度和阻尼的函数关系,运用变步长的Runge-Kuatt方法对动力学模型进行数值仿真,研究齿侧间隙对采煤机截割部传动系统各齿轮副啮合力的影响,结果表明:齿侧间隙增加了各齿轮副啮合力的变化量以及啮合频率倍频的幅值,齿侧间隙增大会增加啮合力的波动幅度会引起传动过程中的很大冲击力,加速齿面的磨损,同时齿侧间隙还会使齿轮由于过载而在齿轮中产生断齿。提高采煤机截割部齿轮传动系的稳定性与使用寿命,应降低其扭振程度与缩小齿侧间隙。本研究对齿轮传动系统的优化设计与研究提供理论基础。     

齿轮传动系统的参数稳定性及振动特性分析

考虑齿轮时变啮合刚度与齿侧间隙,建立齿轮副系统动力学模型。利用Floquet理论推导了参数激励作用下齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线。采用Newmark-β数值求解法对齿轮系统进行动力学仿真,研究了时变刚度、齿侧间隙、啮合阻尼对齿轮传动系统动力学特性的影响。研究结果表明:当参数激励的频率等于派生系统自由振动周期的2/n倍时,系统可能产生参数共振,随着参数激励频率的增加不稳定区域逐渐增大;齿侧间隙的存在则导致齿轮系统产生多值解和幅值跳跃等典型的非线性动力学特征;随着外部激励幅值和阻尼比增大及内部激励幅值的减小,齿轮系统的非线性振动特征逐渐减弱。     

细高齿齿轮啮合刚度及动态特性研究

为了研究细高齿齿轮的振动特性,以一对标准齿齿轮和细高齿齿轮为对比研究对象,建立直齿轮传动系统平移-扭转动力学模型;采用有限元方法求解细高齿齿轮的时变啮合刚度,分析了负载对刚度的影响规律;通过Newmark-β时间积分法计算齿轮的振动响应,对比标准齿齿轮和细高齿齿轮传动系统的轴承动载荷及齿轮啮合激励,求解了不同转速下两对齿轮系统的输入、输出轴承动载荷。结果表明,细高齿齿轮啮合为两齿-三齿交替接触,刚度变化减弱;轴承动载荷波动幅值较标准齿大幅降低,啮合频率及其倍频幅值明显下降,轮齿间啮合力减小。     

转矩激励对二级齿轮系统脱啮行为的影响

在考虑齿轮时变啮合刚度、阻尼、转矩波动及齿侧间隙的情况下,建立了具有5自由度的二级齿轮传动系统的动力学模型.为了便于用算法分解算法求解,用多项式拟合齿侧间隙,而将啮合刚度、输入及输出转矩波动用Fourier级数表示.利用Adomian分解算法的思想,用AOM得到了系统对转矩激励的动力学响应.仿真结果表明,在某些转速区段,转矩激励会导致强烈振动;在低速齿轮对中,可能同时伴随脱齿现象,并导致较大的动载荷.     

双齿轮并联传动的负载均衡性仿真研究

应用UG软件建立双齿轮并联传动系统的三维模型,利用ADAMS动力学软件仿真双齿轮并联传动的动态过程;分析和研究啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙等参数对双齿轮并联传动负载均衡性的影响.研究表明,两齿轮副啮合阻尼不同和存在齿侧间隙时对齿轮副负载均衡性的影响较大,而两齿轮副刚度不同时对传动系统负载均衡性影响相对较小.     

齿轮系统动力学模型内部激励参数的优化设置研究

时变啮合刚度与齿侧间隙是齿轮传动系统的主要内部激励源,决定了齿轮系统动力学的基本特点和性质。啮合刚度的时变性影响齿轮系统的稳定性、引起系统的参数共振,齿侧间隙则引起系统强烈的非线特性。考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等激励源,建立了齿轮系统非线性动力学模型,从模型参数设置合理性的新角度阐述时变啮合刚度、齿侧间隙对系统动态特性的影响。结果表明:在低速工运行况下,过度简化时变啮合刚度会扼杀由单双齿交替啮合而产生的振动冲击响应;此时齿轮处于单侧啮合状态,在建模时可以不考虑齿侧间隙的影响,以达到简化模型、提高求解效率的目的。而在较高速运行状态下,齿轮处于单边冲击或双边冲击状态,齿侧间隙引起系统强烈的非线性特性,建模时必须考虑齿侧间隙。     

舰船摇摆作用下滑动轴承-齿轮副系统动力学分析

在舰船摇摆作用下,利用拉格朗日方程建立滑动轴承-齿轮副系统动力学模型。模型中引入非线性油膜力,将齿面、齿背侧啮合力同时考虑。计算了不同输入转速、扭矩作用下齿轮轴静平衡位置,及船体纵横摇摆下齿轮副的振动响应。为研究齿轮副相对于摇心偏置位置的影响作用,计算了不同偏置位置下系统的位移、啮合力及油膜力变化情况,发现随着偏置距离的增加,齿轮的振动响应、轴承油膜力幅值明显增大,油膜力方向大范围波动。此外观察了较小齿侧间隙下摇摆引起的挤齿现象,发现挤齿现象可仅在一侧偏置方向上发生。从齿轮及轴承安全性角度,为舰船设计中齿轮箱布置位置提供理论参考。     

转速激励下齿轮系统拍击振动的分岔特性

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负载力矩的减小,齿轮副依次出现三种振动状态,即:①完全啮合的振动状态; ②仅有齿面碰撞的脱啮碰撞振动状态;③同时具有齿面碰撞和齿背碰撞的脱啮碰撞振动状态。通过倍周期分岔, 系统振动由周期转变为混沌,而在混沌区域中还存在一些周期窗口。齿轮副在振动状态转变的过程中均出现了跳跃现象,而跳跃过程的振动周期并不改变。分岔过程揭示出系统具有复杂的非线性特征。     

齿面误差激励对二级齿轮系统脱啮行为的影响

在考虑齿轮时变啮合刚度、阻尼、齿轮误差及齿侧间隙的情况下,建立了具有5自由度的二级齿轮传动系统的动力学模型。为了便于用算法分解算法求解,用多项式拟合齿侧间隙,而将啮合刚度、齿轮综合误差用Fourier级数表示。利用Adomian分解算法的思想,用AOM得到了系统对齿轮啮合误差激励的动力学响应。仿真结果表明,在研究的转速范围内,齿面误差激励会导致强烈振动;在低速齿轮对中,可能同时伴随脱齿对象,并导致较大的动载荷。当脱啮现象发生时,响应频谱变得复杂起来,并导致系统产生准周期运动。     

基于平行连杆机构加工的圆弧齿线圆柱齿轮啮合特性研究

以圆弧齿线圆柱齿轮为研究对象,基于平行连杆机构加工原理,推导齿轮齿面方程,并完成三维建模,进而建立动力学分析模型,分析齿宽、齿线半径、负载及转速对圆弧齿线圆柱齿轮啮合特性的影响。研究结果表明,随着齿宽增加,最大啮合力、平均啮合力以及啮合力均方根均先减小后增加;随着齿线半径的增加,最大啮合力、平均啮合力以及啮合力均方根均先减小后增大,RT=120～240 mm时达到最优,平均啮合力和啮合力均方根波动范围小,最大啮合力波动范围大;啮合力随着负载的增加而逐渐增加,但正向/负向波动幅度随着负载的增加而减小,在低负载时传动平稳性差,甚至出现脱啮现象;随着转速增加,齿轮平均啮合力、最大啮合力增加,最小啮合力减小,即齿轮啮合力的波动越剧烈,齿轮传动冲击越大。     

单级齿轮系统的拍击振动模型

在考虑不平衡质量、主动轴转速波动和齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了单级齿轮传动系统的拍击振动模型,模型具有3自由度,1个旋转和2个沿啮合线方向的平移。推导出了相邻两次碰撞之间的映射关系式。根据计算结果,系统的拍击振动周期与激励周期有关;在某一转速下,拍击周期等于激励周期,而在另一转速下,拍击周期是激励周期的两倍。系统处于拍击状态时,齿面碰撞和齿轮正常啮合交替出现。     

间隙误差条件下辊轧机传动系统动态特性分析

基于齿轮系统动力学及非线性系统动力学理论,建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等因素的叶片辊轧机传动系统的非线性动力学模型。采用数值积分方法对含间隙非线性微分方程组进行了求解,研究了齿侧间隙对辊轧机传动系统的动态特性影响。研究表明:齿侧间隙增大使系统由简谐振动进入混沌振动;传动系统啮合状态由双边冲击转为单边冲击,且间隙的增加对上轧辊一级齿轮-齿条以及二级齿轮-齿条啮合动态响应影响较大,对下轧辊齿轮-齿条啮合动态响应影响较小。     

GTF发动机齿轮传动系统动力学仿真分析

GTF发动机齿轮传动系统结构复杂,在高速运转时由于轮齿啮合对个数的变化产生了激振力,导致系统因内部动态激励发生振动;此外,系统还受到驱动轴、风扇轴及风扇负载等产生的外部动态激励,引起传动系统的振动加剧。应用SolidWorks软件对行星齿轮传动系统进行三维实体建模、虚拟装配。应用软件ADAMS对GTF齿轮传动系统进行动力学仿真分析,得到不同工况下系统转子部件的振动位移、振动加速度、振动加速度、齿轮啮合力等参数曲线。根据仿真结果对齿轮传动系统的动力特性进行了评估,分析了不同条件下传动系统的振动特点及振动原因,对GTF发动机行星齿轮传动系统的设计与应用提供了参考与理论依据。     

随机外干扰下齿轮传动系统的混沌振动分析

为了考察输入力矩的随机扰动对系统动力学的影响,综合考虑由扭矩波动引起的低频外激励、齿轮阻尼比、齿侧间隙、激励频率和啮合刚度的随机扰动因素,根据牛顿定律建立单对三自由度直齿齿轮传动系统的随机动力学方程。利用系统的分岔图、相图、时间历程图、Poincaré 映射图、李雅普诺夫指数和功率谱图分析齿轮传动系统在齿轮激励频率变化下的动力学特性,并分析输入力矩引起的随机外扰动对系统分岔特性的影响。数值仿真表明：随机非光滑齿轮传动系统存在着丰富的倍周期分岔现象;随着齿轮激励频率的增大,齿轮传动系统先通过周期倍化分岔从周期运动到混沌运动,再通过逆周期倍化分岔从混沌运动通向周期运动;随着输入力矩随机扰动的增大,会对系统的随机分岔区域和系统动力学特性产生本质影响。     

考虑齿侧间隙的行星齿轮传动动力学研究

以圆柱直齿轮为研究对象,采用质量集中法建立了行星齿轮传动系统的非线性动力学模型.模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合阻尼与综合啮合误差4个影响因素,列出模型对应的动力学方程,并使用4阶龙格-库塔法进行求解;通过改变齿侧间隙的大小,得出系统在不同间隙大小下的响应状态差异;最后,用相对位置误差的时间位移图像、相平面图及FFT频谱图进行反映,得出具体齿侧间隙大小对齿轮振动响应的影响.     

齿背啮合机理及动态接触冲击研究

针对齿背啮合冲击引起传动效率、平稳性降低以及振动、噪声加大等问题,考虑齿轮误差、轮齿变形和齿侧间隙,研究齿轮啮合过程中齿背啮合机理。基于有限元动态接触模型,对齿轮啮合特性进行仿真,研究转速和负载对齿背啮合的作用效应。结果表明,一定的转速与负载下,出现轮齿正常啮合与齿背啮合交变;主动轮转速的增大会使齿背啮合冲击加剧,从动轮负载一定幅度内的增大会使得齿背啮合冲击有所减弱。齿背啮合发生时,正常啮合齿对的接触力在零与峰值之间振荡,实际齿轮啮合呈现"正常啮合-脱啮-齿背啮合-正常啮合"规律性的变化。该研究对于齿轮系统的减振与降噪设计具有一定的参考意义。