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。     

采煤机截割部传动系统的非线性动力学建模及仿真

针对采煤机截割部齿轮传动系统在运行中产生振动、制造噪声污染等现象,综合考虑啮合刚度、啮合阻尼、综合误差等因素,建立了采煤机截割部齿轮传动系统的非线性动力学模型,运用变步长Runge-Kutta方法对系统微分方程进行了求解。通过分析相平面图和庞加莱截面研究了啮合刚度、阻尼比及激振频率对齿轮系统动态特性的影响。研究结果表明:在一定区间内,阻尼比逐渐减小时,太阳轮位移响应由单周期运动转为多周期运动,最终进入混沌运动;啮合刚度增大时,太阳轮位移响应同样从周期运动逐渐进入混沌运动;激振频率逐渐增大时,太阳轮位移响应呈现由周期响应转变为混沌响应再转变为拟周期响应的现象。     

采煤机截割部摇臂齿轮传动系统动力学响应分析

采煤机截割部传动系统实际工况时很容易受到瞬时冲击力,从而产生剧烈振动,加速其薄弱环节的疲劳损伤破坏。现有研究仅以空载或均匀载荷下分析其动力学响应,没有考虑实际工况外部激励载荷以及非线性轴承刚度对齿轮传动系统动力学性能的影响。本文运用LS-DYNA软件对实际工况下的采煤机截割部外部激励载荷进行仿真模拟,同时建立基于ADAMS的截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。考虑截割部重载零部件的柔性效应、齿轮的啮合时变刚度、综合啮合误差、滚动轴承变刚度等因素,对实际工况下截割部齿轮传动系统各齿轮副的动态啮合力和各支撑轴的动态接触力进行分析,得到其在实际工况下的动力学响应。     

采煤机截割部机电传动系统动力学特性分析

针对采煤机截割机电传动系统动载荷大易于损坏的特点,提出一个行星齿轮变速过程扭转动力学模型,建立包含电动机、齿轮传动系统和滚筒的采煤机截割机电传动系统动力学模型,并对冲击载荷下采煤机截割机电传动系统的动力学特性进行仿真,研究电动机-齿轮传动系统的连接刚度和阻尼以及齿轮啮合刚度对采煤机截割机电传动系统动力学特性的影响,最后提出了减小采煤机截割部机电传动系统的动态啮合力冲击的方法,以减少采煤机截割传动系统的破坏。啮合冲击力可以分成两类:时变啮合刚度引起的啮合冲击力和冲击负载引起的啮合冲击力。可以通过减少啮合刚度的变化(比如采用人字齿轮)来降低时变啮合刚度引起的动态啮合力冲击;选取合适的电动机-齿轮传动系统连接阻尼和较小的电动机-齿轮传动系统连接刚度来减小冲击负载引起的动态啮合力冲击。     

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.     

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。     

混合动力汽车齿轮传动系统的动力学分析

为研究某混合动力汽车齿轮传动系统的动力学特性,在考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙、轴承刚度、轴承阻尼、综合误差等非线性因素的基础上,建立了整个齿轮传动系统的平移扭转动力学模型,确认时变啮合刚度和相位角对系统固有频率的影响。基于研究结果,通过改变齿轮参数使系统的固有频率有效避开啮合频率,从而改善齿轮传动系统的振动特性。     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动特性

为了分析基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动放大特性,针对高转速瞬态工况下斜齿轮齿面啮合-脱啮-齿背接触的齿面实际承载接触状态,建立了同时考虑啮合时间与齿面振动位移耦合机理的斜齿轮动态啮合刚度。在细化考虑齿背啮合机理、基于齿背实际啮合刚度的模型基础上,进一步建立斜齿轮啮合型瞬态振动模型,并在此基础上展开不同齿侧间隙以及齿背接触对系统瞬态振动特性影响分析研究。搭建封闭功率流式斜齿轮瞬态扭转振动测试试验台,对基于齿背接触刚度的斜齿轮瞬态振动特性进行了验证。该研究具有较好的理论研究意义,有利于斜齿轮传动系统在航空传动、新能源传动系统上的应用推广,进一步提升高转速齿轮系统的瞬态振动噪声品质。     

轮边三级减速系统非线性动力学特性分析

以电动轮车辆新型行星齿轮传动三级轮边减速器为研究对象,对影响系统动力学特性的非线性因素进行分析。结合系统的结构特点,运用集中质量法建立纯扭转非线性动力学模型。并在推导构件相对位移的基础上,运用牛顿力学方程得到结构的运动微分方程。根据数学方程,基于Simulink搭建三级减速系统非线性分析模型,多级行星齿轮传动的齿轮副齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等均包含在模型中。结果表明:由于齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等因素的存在使系统表现出明显的非线性动力学特性,并在一定范围内使得振动响应更加复杂,跳跃现象更加明显;系统阻尼系数在一定范围内可以减小系统的振动振幅;新型三级系统较传统系统的振动幅度更大,变化频率更快,刚度、误差和阻尼的影响效果更明显;为此类研究提供参考依据。     

工况激励下采煤机7自由度非线性振动分析

为了研究采煤机牵引速度对其动力学特性的影响,采用截齿三向力描述采煤机滚筒截割激励,采用赫兹接触理论描述采煤机平滑靴支撑刚度与阻尼,采用间隙条件下齿轮啮合非线性模型描述采煤机导向滑靴与销排间支撑刚度与阻尼,根据拉格朗日动力学方程建立了采煤机整机7自由度动力学模型,采用数值求解方法求解了不同牵引速度下整机的振动特性,结果表明:随牵引速度的增大,对后滚筒的振动位移影响较大,对机身影响较小;机身Y轴方向振动摆角相对较为明显。     

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。     

含动态齿侧间隙的齿轮系统稳定性研究

以单级直齿轮传动系统为研究对象,建立包含时变啮合刚度、综合误差、齿侧间隙的横-扭-摆耦合10自由度非线性动力学模型。详细推导并计算齿轮啮合过程中间隙、压力角和中心距的动态数值;利用Lyapunov指数法研究齿侧间隙与系统稳定性的关系;结合分岔图和庞加莱映射图,研究齿侧间隙对系统振动特性的影响。研究表明：工况一定时,随着齿侧间隙不断增大,系统通过分岔和激变从单周期响应过渡到混沌,且通过分析得到了间隙的取值范围,为工程设计提供了理论指导。     

基于有限元法的正变位齿轮啮合特性研究

变化的啮合刚度将会导致振动,降低齿轮传动的稳定性。应用Abaqus通用分析步和隐式动力学分析步分别计算了采煤机截割部弹性和刚性齿轮副的啮合过程。在MATLAB中应用三坐标图分析齿轮副在整个啮合过程中的应力特点。计算得到了在不同啮合位置和时刻时的齿廓Mises应力。计算得出了齿轮副啮合过程中最大接触应力和最大Mises应力及其位置。分析得知,变化的啮合刚度造成了齿轮副静态啮合过程中角位移偏差波动,此外,从动齿轮转速的波动导致齿轮副动态啮合过程中角位移偏差有较大的波动。载荷的变化和啮合刚度的变化造成从动齿轮角速度偏差波动。研究结果为采煤机截割部齿轮设计和研究提供了方法和参考。     

面齿轮分扭传动系统均载研究

建立包括非线性支撑刚度、时变齿轮啮合刚度、阻尼、齿侧间隙等变量的直升机面齿轮分扭传动系统模型对系统均载性能进行分析,并引入当量齿轮误差啮合原理将系统加工、安装所引起的误差进行综合考虑,误差是影响面齿轮分扭传动系统的主要因素,通过浮动支撑方法可以使传动系统均载性能提高,且提高单个误差对传动系统均载影响的影响不明显。     

采煤机截割部传动系统刚柔耦合动力学仿真分析

针对采煤机截割部传动系统动态特性问题,从刚柔耦合多体动力学理论出发,根据采煤机截割部传动系统的传动原理和结构参数,对采煤机截割部传动系统动态特性问题进行研究。以RecurDyn软件为仿真平台建立了采煤机截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。模型充分考虑传动轴各方向的柔性特征,以滚筒三向截割力为激励载荷,计算出传动系统中各齿轮啮合力、各轴应变及轴承连接处的接触。研究结果表明:第11对齿轮啮合力最大,为11 272 634.4N。轴承最大接触力发生位置为轴5上的轴承1,为912 317.98N。研究结果为传动系统的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。     

弧齿锥齿轮传动系统动态特性研究

基于集中质量法建立了弧齿锥齿轮8自由度弯-轴-扭三维空间动力学模型.模型中考虑了啮合刚度的时变性、几何传递误差的非线性、齿轮副间隙及轴承刚度的非线性.利用齿面接触分析与齿面承载接触分析求出几何传递误差与轮齿综合啮合刚度,利用轴承变形理论求出系统非线性支承刚度,使用Runge-Kutta法对传动系统进行动态响应求解,并研究了这些因素对弧齿锥齿轮振动的影响.结果表明:几何传递误差是影响齿轮振动的最主要因素,由啮合刚度变化引起的一系列振动受转速与负载的影响较大.     

采煤机斜切截割下截割部齿轮箱振动实验

斜切截割是长壁式综合机械化采煤工艺的一种工况,其目的是使采煤机深入煤壁切割煤炭。斜切截割时采煤机一部分深入煤壁,另一部分直行截割,因此承受较大弯矩,是一种恶劣工况。基于国家能源采掘装备研发实验中心实验台,对采煤机截割部齿轮箱在斜切截割工况下振动特性进行实验分析。实验模拟井下真实斜切截割工况,利用三向加速度传感器收集行星级和直齿级振动加速度数据。实验中发现了拍振现象,并分析了截割参数对拍振现象的影响规律。分析了齿轮传动系统各传动级啮合频率的耦合现象,并分析截割参数对频率耦合作用的影响规律。     

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。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。