斜齿圆柱齿轮瞬时啮合刚度及齿廓修形的研究

本文提出了一种高效的考虑齿轮基体影响的齿轮计算模型,根据有限元柔度矩阵法,编制了一套刚度计算程序,给出了斜齿轮啮合过程中瞬时啮合刚度变化率与轴向重合度之间的关系。在刚度计算基础上,利用内点罚函数法的优化思想编制了一套修形计算程序,对斜齿轮的齿廓修形进行了深入研究。     

考虑齿轮接触状态影响的热气机振动响应计算

为了研究不同齿轮接触力计算方法对热气机振动响应计算的影响，用多体动力学软件建立其传动系统的刚柔混合多体动力学模型，并通过模态分析验证缩减模型的正确性。分别使用Weber-Banaschek法以及有限元缩减模型的柔性齿轮有限元法进行齿轮时变啮合刚度计算，将不同齿轮时变啮合刚度的热气机整机机脚振动计算值与实测值进行对比，结果表明：采用Weber-Banaschek法计算得到的齿轮啮合刚度误差较大（13.5%）；采用有限元缩减模型的柔性齿轮有限元法计算得到的齿轮啮合刚度误差较小（2.1%），其与理论值更接近。     

计入线外啮合的风电齿轮动力学行为分析

为探究线外啮合对齿轮传动动态服役行为的影响规律,以一对风电高速级齿轮为例,基于齿轮啮合原理和冲击动力学理论计算不同负载和转速下线外啮入冲击力和时变啮合刚度。采用集中参数法建立计入线外啮合的直齿传动非线性动力学模型,数值求解不同激励下系统的动态特性。结果表明：在不同运行转速区,啮合冲击与啮合刚度对系统动态响应的贡献各不相同。在共振区,时变啮合刚度成为系统的主导激励;在超临界区,系统动载荷随转速升高而增大,这主要来源于啮合冲击的激励作用。     

风电增速箱行星传动系统动力学方程及均载特性

提出一种风电增速箱用新型载荷分流式两级行星齿轮传动机构,以便提高传动系统的承载能力。以新型风电增速箱载荷分流型两级行星轮系与一级平行轴齿轮构成的多级传动系统为研究对象,计入多级耦合传动系统的轮齿啮合误差、啮合阻尼、啮合刚度,级间扭耦合刚度,组件的转动惯量等影响因素,采用集中参数法建立多级耦合传动系统的动力学模型。利用相关参数对系统的均载特性进行研究,获得行星齿轮传动的均载系数曲线。分析表明:各级内外啮合的均载系数均随时间变化且存在相位差;第一级内外啮合的均载系数分别比第二级内外啮合的均载系数分配均匀;第一级均载系数较小且内外啮合的均载系数的差别较小。     

正时齿轮相位系数对振动特性的影响

针对柴油机强化过程中引起的正时齿轮振动加剧的现象,考虑了具有时变性的刚度、阻尼、误差和齿侧间隙,建立了正时齿轮系统曲轴齿轮副的动力学模型.分析了计入相位系数的啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙和啮合误差对正时齿轮系统曲轴齿轮副的振动位移最大值和均载系数影响,并分析了计入相位系数的所有时变因素对位移最大值和均载系数的影响.结果表明:计入相位系数后的时变因素对振动位移最大值和均载系数的影响中,啮合误差最大,啮合刚度和齿侧间隙次之,而啮合阻尼几乎没影响;所有时变因素都考虑的情况下,随角度变化的位移最大值与最小值相差了6.9%,均载系数的最大值与最小值相差了11.8%;当相位系数选择(0.30,0.70)附近时,位移最大值和均载系数较大;当选择(0.50,0.50)或(0.97,0.03)附近时,位移最大值和均载系数较小.     

大功率变速箱单级行星齿轮系修形设计及仿真验证

以某大功率变速箱单级行星齿轮系为研究对象,采用KISSsoft软件进行齿轮修形设计。在修形后太阳轮和行星轮的齿面安全系数和齿根安全系数都得到提高,轮系啮合传动的重合度和胶合安全系数也有相应的增加,修形方案改善了齿轮在啮合过程中的齿面点蚀、胶合现象,提高了啮合过程中的安全性和稳定性。采用ANSYS Workbench与Hypermesh软件联合仿真结果表明：行星齿轮系的应力主要分布于太阳轮啮合时的齿根处、内齿圈啮合时的齿根处和行星轮啮合时的齿根处,最大等效应力为338.84 MPa,小于材料的许用应力,修行后的设计方案合理。     

行星齿轮啮合刚度对其振动特性的影响

建立了单级直齿行星齿轮传动多自由度数学模型。在该系统中,根据行星齿轮固有频率和振动模态的特点,指导了特征值对于啮合刚度的敏感度公式及其与啮合应变能之间的关系式。分析结果表明,啮合刚度对两个旋转模态、两组位移模态和两个行星模态的固有特性影响较大;根据啮合应变能分布,可以清楚地了解啮合刚度变化对于系统固有特性的影响。     

斜齿轮传动误差啮合变化规律研究

考虑齿轮制造误差以及安装误差等因素,利用蒙特卡洛方法计算出沿斜齿轮时变接触线上各啮合点的误差,考虑动态负载、啮合误差以及齿面摩擦力等因素构建齿轮副弯—扭—轴耦合动力学计算模型,采用摄动法求出近似解,分析齿轮传动过程中动态传递误差、最大啮合力以及啮合加速度变化规律。研究表明:误差激励是影响高速齿轮动态特性的重要原因,刚度激励是影响重载齿轮动态特性的主要因素。     

齿面粗糙度对风电齿轮箱行星轮系动力学特性影响

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面动态承载接触状态与构件振动位移、粗糙齿面啮合误差以及摩擦力的关联关系,建立风电齿轮箱行星轮系动力学模型,分析粗糙齿面啮合误差与摩擦力对系统动态特性的影响。结果表明：随着粗糙度的增大,齿面载荷峰值与波动幅值增大,动态啮合刚度幅值出现明显波动,均载性能降低;增大粗糙度会降低行星轮系临界转速,在低转速区域内,其具有激励增振作用,而在临界转速区域附近,其具有阻尼减振作用;摩擦力主要影响行星轮系各构件振动位移,可改变动态啮合力在少齿啮合区的幅值。     

多平行轴人字齿轮功率分流传动系统的内部激励动态分析

人字齿轮具有重合度高、承载能力大等优点,多用于重载、可靠性要求高的设备中。综合采用集中参数法、多体动力学法和有限元法等手段,建立了多平行轴式人字齿轮功率分流传动系统的时变非线性动力学模型,定量分析了内部激励下系统中所有人字齿轮的左右侧动态传动误差波动、齿轮动态啮合力、齿轮中心运动轨迹及轴承力等振动响应特性。结果表明：系统中人字齿轮左右半段存在偏载,是造成系统振动与噪声的根源所在。     

大型风力机齿轮传动系统机电耦合动态特性研究

针对目前风力机柔性齿轮箱动力学研究时简化电气系统的问题,以某8 MW永磁同步风力机为对象,建立包含详细电气系统和柔性传动链的风力机模型。基于该模型探究电气系统效应对风力机齿轮箱啮合刚度、动态接触应力、振动加速度等动力学特性影响。结果表明：电气系统效应使系统转速、时变啮合刚度、接触应力相位滞后且波动减小;电气系统效应抑制各级齿轮角加速度及箱体振动加速度高频成分并减小传动链振动;风速突变时,电气系统效应可减小高速级齿轮峰值啮合力,增强风力机传动链抵御冲击能力。     

面齿轮四分支传动系统均载特性分析

以面齿轮四分支传动系统的均载特性为研究对象,通过建立扭转角变形协调条件,结合力矩平衡条件建立均载力学分析模型。模型中引入面齿轮和人字齿轮的承载接触仿真分析技术来计算时变啮合刚度。分析制造误差、安装误差和双浮动因素对系统均载特性的影响。研究结果表明:轮齿各啮合位置表现出不同的均载特性,当I级的小齿轮径向浮动和Ⅱ级的小齿轮间隙浮动同时符合浮动条件时,可得到较好的均载性能,为进一步进行面齿轮四分支传动系统的均载结构优化设计提供理论依据。     

风电齿轮传动系统弹流润滑特性研究

为研究风电机组齿轮传动系统的润滑特性和动力学特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮油膜刚度、齿轮啮合刚度以及轴承时变刚度等,计入轴的柔性并采用有限元法建立多自由度渐开线直齿轮动力学模型,利用Newmark 积分方法求解多源时变激励下两级齿轮传动系统的动力学特性。讨论不同工况条件对油膜刚度的影响,并研究系统润滑特性、固有频率和振型的变化规律。研究结果表明,在考虑齿轮润滑效应后,齿轮啮合刚度降低,系统动态特性变化趋于敏感,系统固有特性均有所变化,其中对第11阶影响最为突出,然而在系统共振转速附近,固有特性变化趋势有所减弱。     

齿面点蚀程度对齿轮动力学特性影响的分析及实验研究

齿轮啮合过程中产生的齿面疲劳破坏严重影响齿轮啮合稳定性。考虑到齿轮点蚀的演化特点,以实验齿轮为研究对象,建立了六自由度齿轮系统动力学模型,分析了不同点蚀故障程度下齿轮的时变啮合刚度;根据齿轮故障演化实验台进行相关实验,并将仿真模型与实验振动信号进行对比分析。结果表明：由点蚀故障引起的时域冲击随着点蚀沿齿廓方向的扩展逐步收敛,齿轮单齿啮合区的刚度变化对齿轮振动信号的冲击作用较强。     

制动工况下风电齿轮传动系统的动力学特性分析

考虑多种内、外部因素通过仿真获得风力发电机正常制动时齿轮箱的外部载荷。采用集中质量参数法在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、综合啮合误差、齿侧间隙和齿面滑动摩擦力等因素的情况下建立风力发电机齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型;利用数值方法求得传动系统在制动工况下各齿轮副沿啮合线的振动位移和动态啮合力等;分析齿侧间隙和齿面滑动摩擦力对风电齿轮传动系统动力学的影响。     

功率六分支同轴人字齿轮传动系统动态特性与均载特性研究

功率六分支同轴人字齿轮传动是某船舶动力传输系统的重要组成部分,为了对船舶动力系统的振动噪声和动态载荷进行评估,需要开展功率六分支同轴人字齿轮传动系统的动态特性与均载特性研究。本文采用集中参数法建立了含时变啮合刚度和传动误差的扭转振动模型,并采用解析法求解动力学方程;依据齿轮副沿啮合线的相对振动响应,给出了动载系数与均载系数计算公式;分析了输入轴、双联齿轮轴及输出轴的扭转刚度对传动系统动载特性和均载特性的影响。结果表明：输入轴扭转刚度对系统均载特性影响较大;双联齿轮轴扭转刚度对分扭级和并车级的均载特性均有影响,且随着双联轴扭转刚度增加,动载系数均变大;输出轴扭转刚度对传动系统各分支动载系数几乎没有影响。     

风电行星轮系多间隙啮合冲击非线性建模与分析

以风电斜齿行星轮系为对象,考虑多间隙和摩擦对齿轮啮合的影响,建立完整的风电斜齿行星齿轮系有限元模型;结合非线性动力学方法,研究齿轮啮合时冲击应力的特点和变化规律,分析不同转速和负载对各齿轮冲击应力的影响。通过分析得到冲击速度对啮合冲击影响较大,负载会影响到系统的振动情况,在齿轮设计时要考虑减少冲击和振动的措施。     

双馈式风电机组传动系统动态特性研究

针对双馈式风电机组柔性传动系统运行稳定性问题,采用集中参数质量法建立风电机组柔性传动模型,在考虑外部风载、齿轮副啮合刚度、啮合阻尼和综合啮合误差激励条件下,建立了齿轮箱内部各级齿轮副动力学方程;以市场成熟的1.5MW双馈式风电机组为计算对象,计算了柔性传动系统固有频率和齿轮箱各级齿轮动态啮合力;通过雨流计数法对齿轮动态啮合力进行数据分析,研究了传动系统运行稳定性。研究结果表明,齿轮副啮合力呈现高频波动,具有很强的时变特性,通过雨流计数分析,动态啮合力幅值与频次成正态分布规律;传动系统一阶扭转振动频率与风轮面内一阶摆阵频率偏差为6.8%,通过降低主轴质量约9.5%,提高了传动系统一阶扭转频率约11.5%,与风轮面内一阶摆阵频率偏差达16.4%。研究结果可为风电机组传动系统设计、轴承寿命计算和可靠性研究提供参考。     

风电机组多级齿轮系统的故障动力学特性研究

综合考虑太阳轮支撑、时变啮合刚度和综合啮合误差等因素,建立了含太阳轮齿根裂纹故障的风电多级齿轮系统平移-扭转非线性动力学模型,研究了太阳轮齿根裂纹故障及其演化对系统动力学特性的影响。结果表明：太阳轮裂纹会影响轮齿的啮合刚度,从而影响系统的动力学响应;齿轮裂纹使得系统时域波形出现明显的周期性冲击,系统在分岔图中的运动从单周期发展为多周期;裂纹系统响应频谱中出现故障特征频率及其倍频,在啮合频率附近有大量边频成分;随着裂纹程度的加深,时域特性更加复杂,同时频谱图中故障特征频率的可识别性增强。     

风电机组行星齿轮-滚动轴承耦合系统动态特性研究

为满足行星齿轮与滚动轴承集成设计需求，基于多体动力学理论和弹性接触理论，提出一种考虑行星齿轮与滚动轴承动态相互影响且能计算各滚动体接触载荷的行星齿轮-滚动轴承耦合系统动力学建模方法。以风电机组行星齿轮滚动轴承系统为研究对象，构建其耦合系统动力学模型，研究行星齿轮与滚动轴承间的耦合作用机理。研究发现：行星齿轮对滚动轴承动态响应影响显著，受齿轮啮合力影响滚动体接触载荷与轴承偏心轨迹呈高频波动特征，设计时应充分评估行星齿轮对滚动轴承动态响应影响。