基于齿轮副整体误差的齿轮动力学模型及其动态特性

迄今提出的各种齿轮动力学模型,在处理齿轮误差的影响时,都回避因齿轮重合度大于1而分不清单双啮区的事实,由此得出的结果不能较全面反映实际情况.基于齿轮副整体误差概念,综合考虑齿轮啮合过程的时变啮合刚度、误差激励等非线性因素,建立一种新的考虑单、双啮过程的直齿轮动力学模型,能更精确地描述齿轮系统的动力学行为,解决现有模型存在的主要问题;应用变步长四阶Rounge-Kutta法获得新动力学模型的高精度数值解;定量研究不同工作条件下啮合刚度、加工误差对振动响应的影响,研究结果对于完整认识复杂的齿轮动态性能、进行动态优化设计具有重要的理论和实用价值.     

基于有限元模型的裂纹故障齿轮系统动力学响应分析

为更好地揭示齿根裂纹故障对齿轮系统动力学特性的影响,开展了“故障机制分析—齿轮系统建模—裂纹故障试验”的全过程研究。首先,考虑更为真实的齿根过渡曲线和有效齿厚削减限制线,建立了更严格的裂纹轮齿模型,对传统势能法求解啮合刚度进行改进,研究了6种不同深度裂纹的刚度变化;其次,针对传统集中参数模型的不足之处,基于Timoshenko梁单元理论建立了齿轮-转子系统有限元动力学模型;最后,采用Newmark-β法求解正常/不同深度裂纹故障的齿轮系统的动力学响应,考虑转速的影响,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,齿根存在裂纹时,加速度响应存在周期性冲击特征,频域中的边频带现象出现在啮合频率及其谐波附近;冲击成分在时域和频域中的强度与裂纹深度、转速均成正相关关系。仿真结果和实测信号表现出一致特征,验证了该方法的正确性。     

直齿轮轮齿双侧裂纹对其刚度影响的研究

齿轮副的时变啮合刚度(Time-varying meshing stiffness,TVMS)是机械动力学分析中一个极为重要的参数,其准确程度直接影响着动力学分析结果的准确性.首先,从理论角度推导了剪切刚度的计算公式,并在案例分析中应用,将求得结果与有限元分析结果进行对比,结果显示相差较小;然后,建立了一种新的裂纹故障...     

基于精确齿廓模型的直齿轮轮齿变形数值计算

根据齿轮加工原理及渐开线展开原理,建立了直齿轮齿廓的数学模型.用Weber能量法计算直齿轮轮齿变形,用Matlab语言编制了轮齿变形计算程序,为准确、快速求解直齿轮轮齿的变形和啮合刚度奠定了基础.     

基于全齿廓普遍方程的齿轮时变啮合刚度改进算法

时变啮合刚度是齿轮系统振动信号的最主要内部激励源之一,更是故障诊断机理研究的核心参量。针对传统能量法在齿根圆和基圆不重合时存在的问题,提出了基于齿轮全齿廓普遍方程的齿轮时变啮合刚度精确算法;该算法建立了以滚动角φ为统一变量的高精度全齿廓啮合刚度积分公式,并依据齿条刀加工原理明确了滚动角的取值范围。基于新算法研究发现,不同参数下的齿轮副在完整啮合周期过程中,啮合力对轮齿的径向作用存在拉伸区间和压缩区间两种情况,故提出轮齿拉压刚度的概念以更准确地描述轮齿刚度的组成成分,并研究了拉压刚度的齿轮参数临界值。     

基于Matlab的渐开线变位直齿轮时变啮合刚度计算分析

考虑齿轮真实的渐开线及过渡曲线方程,对齿轮进行精确建模,推导并利用Weber能量法计算了变位齿轮变形量,推导了刚度计算中涉及的载荷角β_j、压力角αk、旋转角tanαk同载荷点坐标XMj的映射关系,根据齿轮重合度,计算了齿轮啮合周期中单、双对齿轮交替啮合的区段边界;在此基础上,考虑齿轮副综合啮合效应,求解出齿轮副综合时变刚度。通过Matlab GUI编程,实现了齿轮参数化建模设计与齿轮时变刚度计算的有机结合。研究结果为进一步进行变位齿轮动力学研究提供了重要支撑。     

基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算

基于Weber能量法推导了直齿轮时变啮合刚度的数值积分公式,对于齿轮啮合点的确定,采用变增量、无限逼近的方法,采用这种方法可以很容易的求解出经齿廓修形后齿轮啮合点的位置,便于后续齿廓修形的研究,且通过改变增量的大小,可以将啮合点位置精度误差控制在10-4 mm内。并利用MATLAB计算出了某大功率风电齿轮箱一级行星轮直齿轮时变啮合刚度,为后续风电齿轮箱动力学分析奠定了基础。     

基于全齿廓的行星齿轮点蚀故障时变啮合刚度计算模型

当齿轮产生点蚀故障时,其时变啮合刚度变化导致的振动响应特征是实现点蚀故障诊断的重要依据,而准确的齿轮几何模型对于齿轮时变啮合刚度的计算精度具有重大意义.推导了内、外啮合齿轮的齿廓方程,提出了基于全齿廓的行星齿轮点蚀故障时变啮合刚度计算模型,有效解决了简化模型中需要齿数判断和精度较差的问题,提高了行星齿轮时变啮合刚度计算...     

基于势能法的两级斜齿轮系统时变啮合刚度计算与动态特性研究

针对多级斜齿轮动力学研究中的时变啮合刚度准确计算与其波动值定量分析等现实问题,以某电动汽车用减速器两级斜齿轮为研究对象,基于势能法计算不同螺旋角β下各级齿轮副的时变啮合刚度。首次提出由螺旋角等齿轮参数决定的参数τ,定量分析表明,当τ值越小时,时变啮合刚度波动值ΔK越小。建立包含12自由度的两级斜齿轮系统集参模型,研究不同螺旋角下系统的动态特性。结果表明,当β为15°时,系统各项动态性能均较好,此时各级齿轮副的τ和ΔK均较小,验证了通过参数τ准确预估ΔK进而预判齿轮系统动态性能的可行性与准确性。     

齿轮磨损故障动态响应特征与诊断指标研究

齿轮磨损属于典型的早期故障,为监测齿轮磨损状态,开展齿轮磨损故障机理与诊断指标研究.采用解析建模的方法,定量研究了齿轮磨损对时变啮合刚度和无负载静态传递误差动力学参数的影响规律:采用Archard磨损模型计算齿轮齿面磨损深度,获得沿齿廓方向的非均匀磨损分布;采用势能法计算齿轮啮合刚度,揭示了齿轮磨损对啮合刚度幅值影响的...     

齿轮系统有限元模态分析

将齿轮系统划分为传统系统和结构系统两部分,通过轴承把两者耦合起来。采用有限元方法,建立了实际单级齿轮减速器有限元动力学模型,在工作站用Ｉ－ＤＥＡＳ软件研究了该齿轮系统的固有特性,所得结果既后映了系统的动力学性能,又为齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。     

基于试验模态的摆线齿轮有限元模型修正

精确的高质量有限元模型是进行结构动力学仿真的关键。基于Pro/E软件建立摆线齿轮参数化模型,通过初始有限元模态仿真和试验模态的结果对比,分析差异性原因,利用Hyperworks软件的参数优化功能,建立一个以固有频率的相对误差为修正目标,以结构的弹性模量、密度和泊松比等材料属性为修正参数的动力学优化问题。修正结果表明,摆线齿轮前六阶固有频率的最大相对误差由4.11%降为2.28%,有限元模型精度得到大幅提高,更加真实地反映结构特征,为进一步结构动态响应预测以及动态设计提供准确的模型基础。     

基于ANSYS直齿圆柱齿轮有限元模态分析

研究了直齿圆柱齿轮的固有振动特性，采用有限元法建立了直齿圆柱齿轮的动力学模型，通过有限元分析软件ANSYS对齿轮进行模态分析，得到了齿轮的低阶固有振动频率和主振型，可以为齿轮系统的动态设计提供参考，同时也为齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。     

裂纹故障齿轮动力特性的有限元分析与仿真

用Pro／E软件建立了正常齿轮体和裂纹齿轮体模型，采用有限元软件ANSYS对模型进行了仿真模拟计算，研究了不同位置、不同大小的裂纹对齿轮结构动力特性的影响，并用实物进行了结构动力实验，仿真模拟结果和实验结果非常吻合，这为带有裂纹故障齿轮的动力特性的研究提供了一种可靠而有效的方法，对齿轮的损伤和诊断研究具有重要价值。     

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。     

基于有限元方法的直齿轮传动系统的模态仿真分析

齿轮传动系统是机械传动中应用最广泛的传动机构,其工作性能对整个设备都有着至关重要的影响。为了避免齿轮系统在啮合过程中的振动,对其进行了动态特性仿真分析。以某型机床的直齿轮系统为例,首先通过采用SolidWorks2008软件对该齿轮系统进行参数化设计并建立其三维实体模型;然后将建立好的参数化模型导入到有限元分析软件ANSYS中,运用有限元分析软件ANSYS对其进行模态分析,并获得该齿轮系统的前6阶固有频率和振型。该模态仿真分析结果为齿轮系统的动态优化设计提供参考依据。     

基于有限元方法的齿轮接触仿真分析

以齿轮接触为对象,推导了齿轮接触赫兹应力公式.利用ANSYS有限元分析软件对齿轮接触进行了仿真分析,并对有限元分析仿真值与推导公式的计算值进行了比较.结果表明,理论计算值和仿真值非常接近,表明采用ANSYS有限元分析软件分析齿轮表面接触问题是可行的.     

基于有限元结构动力学模型的塔架振动分析

为深入了解风机塔架的动态特性,并解决运行过程中的塔架振动问题,研究了塔架有限元动力学方程的建模方法,建立了塔架动力学方程; 依据动力学方程,研究了塔架模态的求解方法,得到了塔架基础刚度、塔架质量及塔架刚度对塔架模态的影响趋势,为风机塔架制造、安装过程提供理论参考依据。并依据动力学方程,研究了塔架动力学相应的求解过程,进而设计了基于塔架激励减缓的多目标变桨控制方法,仿真和风场实验结果表明,此方法可有效减小塔架振动告警,减小风机停机次数,从而提高发电量。     

基于频响函数的稳健有限元模型修正

传统的基于频响函数(frequency response function,简称FRF)的模型修正方法在测试噪声较大、初始分析频响与测试频响残差较大、待修正参数较多等情况下不易收敛,为此提出了一种采用移频技术的极大似然估计有限元模型修正方法.首先,利用"先验"的频响函数方差信息,构造极大似然估计器,迭代求得最优的待修正...     

基于Ansys的主轴系统有限元模型结构优化

通过确定性方法对主轴系统有限元模型进行优化确认,分别对模型的离散误差和形状误差进行估计,并得到优化的网格划分方法和模型结构,在此基础上计算模型可修性指标,对模型是否需要重建给出指导性意见,为后续模型参数修正工作打下基础。并且以数控平面磨床主轴系统为例,说明了如何建立较优化的数控机床主轴系统有限元模型的步骤。