真实啮合状态面齿轮副时变啮合刚度计算及系统振动特性分析

为了获得面齿轮传动系统真实啮合状态的时变啮合刚度,提出一种能够综合考虑齿面修形和安装误差,运用面齿轮轮齿接触分析(TCA)及承载接触分析(LTCA)技术的时变啮合刚度精确计算方法。构建了面齿轮副的TCA和LTCA模型,采用有限元和数学规划的方法获得轮齿接触变形及齿轮啮合力,计算得到面齿轮副精确时变啮合刚度,进而研究了修形参数对面齿轮系统时变啮合刚度的影响规律;在此基础上,建立了考虑时变啮合刚度以及综合传递误差等内部激励的面齿轮传动系统动力学模型,仿真了精确时变啮合刚度激励下的面齿轮传动系统振动响应,为面齿轮传动系统的动态设计提供了理论参考。     

齿面磨损对齿轮啮合刚度影响的计算与分析

不考虑润滑剂影响,针对理想渐开线直齿圆柱齿轮,研究存在齿面磨损时齿轮啮合刚度的计算方法。基于齿轮共轭啮合原理计算滚齿加工条件下的齿廓曲线。根据Timoshinko梁理论,考虑轮齿弯曲变形、剪切变形、压缩变形、齿轮基体变形和赫兹接触变形,计算齿轮啮合刚度。针对运行过程中的齿面磨损,提出轮齿等弧长离散方法,分析齿面磨损对离散微元短梁的截面面积、截面面积矩和实际接触齿宽的影响,计算分析存在均匀磨损、微点蚀和宏观点蚀等齿面磨损时的齿轮啮合刚度。结果表明,100μm深的均匀磨损导致的啮合刚度变化不到2‰;齿面产生15%的微点蚀时,啮合刚度变化在10%以内,啮合刚度对早期齿面磨损不敏感。本研究为计及齿面磨损的齿轮动力学建模提供了一条技术路径。     

高重合度摆线内齿轮副时变啮合刚度计算与齿间载荷分配研究

高重合度摆线内齿轮副时变啮合刚度计算和齿间载荷分配是其动力学分析和强度设计的基础,由于是多齿啮合,齿间载荷分配非常复杂,属于静不定问题。结合现有文献,考虑了真实的过渡曲线和精确的轮齿建模,采用更为准确的齿面赫兹接触刚度计算方法,基于势能法建立了与摆线齿形相适应的单轮齿对啮合综合刚度模型,针对该齿轮副的传动特点,构建了其变形协调方程,提出了多齿啮合齿间载荷分配模型。为验证所建模型的正确性并提高仿真分析效率,在ABAQUS中利用Python脚本编程进行二次开发,实现了精确化建模、参数化分析和自动化操作,根据齿轮加载接触分析结果和基于有限元法的轮齿对受载啮合刚度计算方法,得到了不同负载转矩作用下单轮齿对、多轮齿对的啮合综合刚度和轮齿啮合力。对比表明,计算结果趋势吻合、数值接近,验证了建模分析的正确性,可为动力学分析和强度计算提供基础。     

齿面接触闪温对齿轮啮合特性的影响分析

齿轮啮合过程中能量损耗引起的齿廓形变改变了齿轮啮合状态,基于Bloke闪温理论,推导出了齿面接触闪温随齿轮啮合点位置变化的表达式,计算了齿面接触闪温引起的齿廓形变;通过Hertz接触理论,推导出齿面接触闪温对啮合刚度的影响表达式。对模型进行研究,分析了摩擦因素随啮合点位置的变化规律,载荷、转速对齿面最大接触闪温的影响,齿面接触闪温对齿廓形变和啮合刚度的影响。仿真结果显示,齿面接触闪温对轮齿啮合刚度的影响较大,在非线性动力学分析中应予以考虑。     

齿轮系统轮齿啮合过程的动力学分析

考虑了齿轮的制造、安装误差及齿轮系统外部载荷因素,将齿轮轮齿等效为单侧接触弹簧,建立了齿轮系统基于轮齿啮合过程的动力学分析模型,并根据啮合过程中可能出现的啮入和啮出冲击、脱齿、齿面碰撞等情况,给出了用状态系数描述的动力学方程.在状态空间上对齿轮啮合过程的相轨迹进行了定性分析,根据分析结果,说明了因齿轮误差和轮齿脱齿产生...     

斜齿轮的齿面载荷及啮合刚度数值分析

基于齿轮啮合原理和接触问题有限元法 ,提出了一种自动生成任意啮合位置有限元模型的算法 ,开发了啮合轮齿自动建模程序及接触有限元分析程序 ,并对斜齿轮进行分析计算 ,得到了给定啮合位置齿面截荷分布曲线和运转过程啮合刚度的变化曲线     

裂纹齿轮啮合刚度的劣化特性

基于轮齿的变截面阶梯悬臂梁假设,综合考虑轮齿弯曲、基础变形、接触变形等因素,首先,建立了健康齿轮时变刚度的计算模型,利用解析法与有限元仿真对比研究,获得了健康齿轮啮合刚度的分布曲线;然后,基于线弹性断裂力学前提下的齿根裂纹扩展路径,建立了包含不同尺度裂纹的有限元模型;最后,针对不同长度的裂纹齿轮,计算获得了1.5个啮合周期内的刚度曲线,从而建立了裂纹尺寸与刚度劣化特性的影响关系。通过对比单、双齿不同啮合区内的劣化规律,表明单齿啮合区由于单齿承载,其劣化程度明显高于双齿啮合区。此外,啮入阶段与啮出阶段的双齿啮合区劣化特性也存在一定差异。     

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。     

齿轮传动的线外啮合与冲击摩擦

通过齿轮传动线外啮合机理分析,提出沿啮合作用线方向构建"系统等效误差-轮齿综合变形"计算模型的方法.按统计规律将齿轮主要误差项沿啮合线一次合成为系统等效误差;根据啮合原理和"轮齿综合变形-载荷历程"曲线,反推出线外啮入冲击点的轮齿变形.将系统误差与轮齿变形沿啮合线二次合成,推导出线外啮入冲击点几何位置判据.获得啮入点的几何位置和冲击力这一关键数据,并求解出线外啮合段各点的几何位置和冲击力.进而建立线外啮入冲击摩擦模型,推导出各接触点的冲击摩擦力与摩擦因数.与相关研究比较,以上模型和计算方法及其分析结果比较可靠.上述研究对于深入探索齿面摩擦性态和齿轮传动减振降噪等具有一定的理论价值.     

齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明,与平稳载荷相比,基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性,在啮合刚度的激励下,润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击,是齿轮弹流润滑的危险点。     

基于有限元法的螺旋锥齿轮啮合刚度计算

螺旋锥齿轮啮合刚度计算是其动力学分析的基础,螺旋锥齿轮动力学分析中多用正弦或余弦级数对轮齿刚度曲线进行近似处理,进而影响动力学分析计算的精度.基于螺旋锥齿轮加载接触有限元分析原理,研究螺旋锥齿轮啮合刚度计算方法,给出使用有限元软件计算螺旋锥齿轮刚度的关键技术及前处理方法,应用有限元分析软件ABAQUS构建一对五齿螺旋锥齿轮模型并计算出法向接触力和综合弹性变形量,得到单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度,分析不同载荷对刚度曲线的影响,结果表明载荷的变化会对刚度曲线的幅值和周期产生较大的影响,在计算刚度曲线时需考虑载荷对重合度以及接触位置的影响,通过计算直齿轮刚度并和已有文献作对比验证了该方法的正确性,研究工作为螺旋锥齿轮动力学分析提供了基础条件.     

轮齿连续啮合动力学仿真与实验

为获得多对轮齿连续啮合接触力动态特性,将齿轮分解为沿圆周方向转动的柔性轮齿和刚性齿轮本体。基于轮齿真实变形机理,以弹性单元连接轮齿和齿轮本体,采用Lankarani&Nikravesh接触力计算模型和Kuhn-Tucker单边约束方程建立了多对轮齿连续啮合的动力学模型。算例分析表明,单对轮齿啮合区内的轮齿接触力与机械设计方法的分析结果吻合较好,而轮齿啮入冲击接触力计算结果则通过搭建实验装置进行了间接验证。数值计算和实验表明:建立的轮齿啮合动力学模型能够反映轮齿的运动学接触和动力学接触特征,可用于齿轮传动系统的动力学分析。     

准双曲面齿轮数字化建模与时变啮合特性分析

针对采用刀倾半展成法(HFT)加工的准双曲面齿轮副,根据机床各部件间运动学关系,采用齐次坐标变换的方法仿真刀具运动轨迹.基于曲面成形理论及共轭啮合原理,推导大小轮齿面及齿根过渡曲面方程,建立准双曲面齿轮副啮合数学模型.采用数值算法求解齿面啮合方程并进行轮齿接触分析(TCA),获得静态传动误差及啮合印痕.采集大小轮齿面离散点云坐标并进行三维建模,基于有限元软件ABAQUS分析准双曲面齿轮副不同工况下时变啮合特性.结果 表明,载荷变化对动态啮合力、传动误差、啮合刚度等参数的影响显著.随载荷增大,传动误差及啮合刚度曲线呈明显非对称特征,相关结果为准双曲面齿轮传动特性及动力学行为分析提供了依据.     

基于有限元的齿轮扭转刚度计算

通过ANSYS建立一对齿轮接触仿真分析的模型，利用接触单元法计算齿轮传动过程中的扭转刚度值。结果表明，随着啮合位置的变化其扭转刚度值也不同。齿轮由两个轮齿啮合到一个轮齿啮合，再转到两个轮齿啮合，其扭转刚度显著地减少后再增长。     

对数修形斜齿轮的接触分析

齿轮修形能减少轮齿边缘应力集中,提高其接触疲劳强度。首次将对数修形曲线应用在斜齿圆柱齿轮修形设计上,建立了斜齿轮接触分析的力学模型,计算分析单齿啮合及双齿啮合时接触区内接触应力分布以及轮齿表层内Mises应力场。结果表明,在不同啮合位置轮齿端部应力集中程度不同;对数修形后的斜齿轮轮齿端部应力集中状况得到了显著的改善;不同接触线上的修形量不同,使得不同啮合位置齿面修形达到相同效果。     

双圆弧齿轮啮合点弹性变形计算

本文论述双圆弧齿轮啮合点法向弹性变形。利用三维有限元法和弹性力学理论,分别对轮齿接触点的弯曲变形和啮合点的接触变形进行了计算分析,得到了凸凹齿接触线上弯曲变形随螺旋角大小和不同接触迹线位置偏移量的变化规律。根据计算,归纳出了啮合点最大综合弯曲变形和接触变形计算公式。这对研究双圆弧齿轮的啮合刚度、动态特性以及齿端修形有着重要意义。     

基于动态啮合力刚度的剥落齿轮动力学建模及动态特性研究

齿轮在啮合传动的过程中,常会产生齿轮轮齿表面剥落等故障,影响齿轮正常传动.而目前剥落齿轮动力学模型大多基于恒定载荷计算啮合刚度,未考虑啮合刚度与动态载荷之间的非线性关系,难以真实反映齿轮传动的啮合状态.针对该问题,构建了一种新的剥落齿轮动力学模型.该模型的啮合刚度通过动态载荷与齿轮动力学模型相互耦合,动态表达齿轮剥落啮...     

考虑摩擦动力学特性的TI环面蜗杆传动弹流润滑分析

综合考虑时变啮合刚度、传递误差和粗糙峰摩擦因数的影响,基于载荷分担理论和动力学理论建立了TI环面蜗杆传动副简易动力学模型,将摩擦动力学特性考虑到线接触弹流润滑理论(EHL)中,求解获得啮合周期内轮齿的啮合力与摩擦力变化趋势,绘制了不同参数下油膜压力和油膜厚度的分布情况。计算结果表明,低速时,啮入端的轮齿啮合力和摩擦力均大于高速时的啮合力和摩擦力;螺旋角增大,啮入端和啮出端的轮齿啮合力都明显增大;轮齿摩擦力随转速变化较小。最大摩擦力值降低,可提高蜗轮副传动寿命;轮齿啮合刚度对油膜压力和油膜厚度的影响最大,轮齿啮合力和粗糙峰摩擦因数影响较小。     

齿轮传动系统齿根裂纹故障的动力学仿真

以直齿圆柱齿轮副的耦合型动力学模型为研究对象,考虑了轮齿的时变啮合刚度及齿间的摩擦后,利用故障轮齿与完好轮齿啮合刚度的不同来实现故障模型的建立。用有限元法计算了无故障和有裂纹故障状态下齿轮的时变啮合刚度,结果表明,裂纹会降低齿轮的啮合刚度,裂纹越大,刚度越小。利用MATLAB求解模型的动力学微分方程组,得出了故障和无故障两种状态下齿轮的角速度和角加速度的仿真曲线,结果是当齿轮转过裂纹处时,从动轮的角速度和角加速度产生了明显的波动,计算结果与故障特征规律相符。     

双圆弧齿轮啮合点弹性变形计算

本文论述双圆弧齿轮啮合点法向弹性变形。利用三维有限元法和弹性力学理论，分别对轮齿接触点的弯曲变形和啮合点的接触变形进行了计算分析，得到了凸凹齿接触线上弯曲变形随螺旋角大小和不同接触迹线位置偏移量的变化规律，根据计算，归纳了出了啮合点最大综合弯曲变形和接触变形计算公式。这对研究双圆弧齿轮的啮合刚度，动态特性以及齿端修形有着重要意义。