齿轮传动中啮合冲击的理论分析

根据渐开线齿轮传动的特点 ,应用机械动力学理论 ,建立了考虑轮齿受载变形后齿轮传动过程中的有关几何量与其啮入冲击速度、最大冲击力之间的定量关系表达式。据此初步分析了齿宽、传动比、轮齿受载变形、工况、齿轮结构等对传动过程中啮合冲击的影响情况。     

航空直齿轮喷油润滑冲击深度影响因素分析

针对喷油润滑喷嘴无偏置和倾斜布置时,传动比大于1的齿轮传动润滑效果不良的问题,从齿轮啮合运转及喷油润滑的几何关系出发,采用解析法建立航空直齿轮啮出侧喷油润滑冲击深度计算数学模型;仿真验证数学模型的正确性,完成齿轮参数、传动参数和喷嘴位置等对直齿轮冲击深度的影响分析。研究表明,冲击深度随齿轮齿数和转速的增大而减小,随喷油速度的增大而增大;小齿轮冲击深度和大齿轮冲击深度随射流偏置和喷射倾角的变化呈负相关关系。研究结果可为喷油润滑设计提供理论依据。     

对数螺旋锥齿轮啮入冲击理论研究及仿真验证

针对对数螺旋锥齿轮在传动时存在振动噪声的问题,分析确定啮入冲击力是引起噪声的主要原因,并定量计算了啮入冲击力,确定了影响冲击力的主要因素。首先,分析了齿轮的齿面方程,采用逼近法确定了啮入点位置;进而基于位置参数,利用ABAQUS与啮合理论确定了啮合刚度与冲击速度的方程;然后,根据啮合冲击理论,并结合啮合刚度和冲击速度,进一步推导了啮入冲击力的表达式;最后,利用该表达式,对一对典型对数螺旋锥齿轮进行了计算分析。分析表明：齿轮转速、宽度对啮入冲击力影响较大,且近似成线性关系;齿轮传动比为1时,啮入冲击力最大。并通过ABAQUS仿真验证了解析计算的正确性。     

渐开线直齿圆柱齿轮传动瞬态弹流润滑研究

本文综合考虑润滑本的可压缩性,齿轮传动重合度对轮齿载荷的影响以及滑动速度,曲率半径随时间和座标变化的瞬态效应,对渐开线直齿圆柱齿轮传动进行瞬态弹流安全数值分析;计算了分析传动比,模数以及中心距等齿轮几何参数对齿轮润滑性能的影响,得出了齿轮传动滑啮合线的油膜压力,油膜开头以及摩擦系数的变化规律。     

冲击载荷作用下齿轮传动系统动力学仿真分析

冲击载荷常常是引起齿轮传动系统寿命缩短的主要原因。通过Pro/E软件对可控软启动齿轮箱传动部分建立虚拟样机三维传动模型,利用ADAMS对齿轮传动系统在冲击载荷作用下开展动力学仿真。求解齿轮传动系统各级传动角速度、啮合力及其频谱曲线,对比有无冲击载荷作用下各级齿轮啮合力及其频域特性的变化情况,得到冲击载荷使得齿轮啮合频率处振动能量明显增大。仿真结果与理论分析结果接近,可为后续考虑冲击载荷作用的齿轮疲劳寿命估算提供数据支持。     

考虑冲击载荷的CST齿轮传动系统动力学仿真研究

齿轮传动是机械传动中普遍采用的传动方式,而冲击载荷是造成其寿命缩短的主要原因。通过建立可控软启动(CST)齿轮箱传动系统虚拟样机三维模型,利用ADAMS对齿轮传动系统进行动力学仿真,研究冲击载荷对齿轮啮合力及其频域特性的影响,获得各级传动角速度和啮合力及其频谱曲线。仿真结果与理论值相近,验证了模型的正确性。冲击载荷使得振动能量增大,对应于其啮合频率处啮合力幅值增大。研究成果为后续考虑冲击载荷作用的齿轮疲劳强度计算提供数据支持。     

齿轮内啮合传动的重合度及载荷修正系数的计算(Ⅱ)--载荷修正系数数据表

在获得齿轮内啮合传动的齿侧间隙计算公式以后，结合齿对刚度的计算公式，推导出齿轮内啮合传动的加载重合度及载荷修正系数。通过对具有不同模数、齿数、齿数差、变位系数及载荷的齿轮内啮合传动模型的计算，发现载荷及齿数(传动比)的变化对载荷修正系数的影响较大，齿数差及变位系数的变化对载荷修正系数的影响较小，齿轮的精度对载荷修正系数的影响最大。载荷修正系数在0．30至1．00之间变化。     

齿轮传动啮合接触冲击分析

基于接触动力学相关理论和齿轮传动物理模型,提出齿轮传动啮合接触冲击概念,研究齿轮啮合传动时由啮合点处速度差异导致的轮齿接触冲击现象,建立齿轮啮合接触冲击模型,给出啮合接触冲击求解算法,分析不同冲击转速、冲击位置对冲击合力、冲击时间和冲击应力的影响,并利用解析计算式对比计算各个冲击位置和冲击速度条件下的最大冲击力,验证数值计算结果的有效性.研究表明:冲击转速和冲击位置对冲击合力、冲击时间以及冲击应力均产生较大影响.同时还给出不同冲击条件下齿面上最大接触应力点在整个冲击接触过程的分布,为接触疲劳和疲劳累积的深入研究提供参考,计算结果表明最大接触应力点集中在齿宽中部附近区域,并且受冲击速度的影响很小.     

冲击载荷下小模数齿轮动态应力研究

以冲击电钻小模数变速齿轮为研究对象,采用有限元方法研究,冲击电钻在堵转时所引起的不同的冲击载荷和冲击时间,对小模数齿轮齿根动态应力的影响,并分析比较在相同的静载荷作用下的静应力状态,以及不同的齿根过渡曲线对齿轮强度的影响。     

多模数ZI蜗杆斜齿轮传动设计与有限元分析及其应力预测

为解决传统渐开线蜗杆斜齿轮副在开式传动或传动比过大时斜齿轮容易发生齿根断裂的情况,提出一种新型的基于不等模数不等压力角设计的渐开线蜗杆副,使斜齿轮的模数与压力角同时提高,大幅提高斜齿轮的齿根强度。通过对此种蜗杆副的传动特性的分析,得到特殊的啮合角与中心距计算方式。另外,通过对同传动比、同蜗杆情况下基于不等模数设计的ZI蜗杆斜齿轮副和传统ZI蜗杆斜齿轮副的建模与有限元分析,得出在较大模数比情况下的斜齿轮齿根强度约为传统斜齿轮齿根强度的2.956倍,增大了渐开线蜗杆的应用范围。后续使用灰色预测,对比出误差平方和(Sum of Squared Errors, SSE)最小模型,予以验证预测的准确性,另外进行蜗杆施加不同转矩下的斜齿轮啮合齿受拉力处最大应力σ_1max的数据预测,为相应的工程分析与必要的校核设计给出了依据。     

考虑变工况冲击的齿轮动态啮合力分析

为研究变工况冲击对齿轮传动系统动特性影响,基于弹塑性接触理论,给出一种可以考虑变工况冲击、啮入冲击、节点冲击的齿轮接触碰撞力参数预估算法,并结合多体动力学软件建立柔性齿轮传动系统动力学模型。该模型和算法可用于大接触变形和承受频繁冲击齿轮传动系统稳态和瞬态动特性分析。研究表明:与啮入冲击导致的稳态动态啮合力相比,变工况冲击引起的瞬态动态啮合力具有幅值大、冲击时间短等特点;在不同工况下,啮入冲击会引起不同周期的齿轮动态啮合力波动;滑动摩擦系数对齿轮切向摩擦力的节点冲击影响更大。研究结果对齿轮的接触碰撞力参数预估及全面认识齿轮传动系统瞬态动特性等研究具有积极的意义。     

时变位姿下行星齿轮传动系统动应力计算模型及其参数影响研究

考虑行星轮系内部非惯性和机体时变位姿外部非惯性的综合影响,推导了任意时变位姿下带有机匣的行星轮系构件运动方程,计入时变啮合刚度、啮合误差、侧隙和啮入冲击,建立了时变位姿下行星齿轮传动系统级动力学模型,并采用精细积分时程法（Precision integration method,PIM）求解得到了动态啮合力序列。根据齿间载荷分配关系进一步得到单齿啮合力序列。最后结合修正Heywood公式与Hertz公式构建了时变位姿下行星齿轮传动系统齿根弯曲动应力和接触动应力计算模型,并研究了机体平飞、滚转和筋斗位姿参数对接触动应力、弯曲动应力的影响规律。结果表明：不同时变位姿参数对弯曲、接触动应力影响显著,且对不同齿轮副影响不同,即加剧了齿轮副间承载不均;筋斗运动角速度对动应力影响比平飞加速度、滚转角速度以及筋斗回转半径对其影响复杂;机匣对动应力影响随加速度增大而增加。研究成果为时变位姿下行星齿轮传动动应力计算与高可靠性设计提供了理论依据。     

Dynamic characteristics of a planetary gear system based on contact status of the tooth surface

Studies on the planetary gear have attracted considerable attention because of its advantages, such as compactness, large torque-to-weight ratio, vibrations, and high efficiency, which have resulted in its wide applications in industry, wind turbine, national defense, and aerospace fields. We have established a novel dynamic model of the planetary gear transmission by using Newton’s theory, in which some key factors such as time-variant meshing stiffness, phase relationships, and tooth contact characteristics are considered. The influences of gear axial tipping, operating conditions, and the meshing phase on the contact characteristics and the dynamic characteristics were researched systematically. It was found that the contact area of the tooth surface was moved due to the axial gear tipping, which obviously affected the meshing stiffness. With the increase in the inclination angle of the sun gear, the meshing stiffness decreases, which produces an evident influence on the high natural frequency in the planetary transmission system. In terms of the dynamic characteristics of the system, the component of rotating frequency appeared in the dynamic meshing force of the sun gear and the planetary gear. Moreover, the floating track of the center wheel varied significantly and exhibited an oval distribution as the inclination angle of the sun gear changed. When the inclination angle of the sun gear increased, the rotating frequency component increased significantly, but the other meshing frequency components remained unchanged; meanwhile, the deformation of the floating track also increased. If the inclination angle of the sun gear changes, the vibration state of the system and the collision impact could become more serious, and the lifetime of the planetary transmission system will reduce. Furthermore, when the load was increased, we found that the gear-tooth contact zone transformed from line contact to surface contact, the meshing stiffness increased, the effect of high natural frequency on the planetary transmission system became more evident, but its low-order natural frequency remained stable. With regard to the dynamic characteristics of the system, the components of the major frequency at the external gearing remained unchanged, but the rotation frequency of the sun gear and the meshing frequency amplitude increased linearly with the increase in load. In conclusion, the variation in the meshing stiffness of the planetary gear system had minor impact on the low-order natural frequency, but had a significant impact on the high natural frequency of the planetary transmission system due to the phase variation of the gear.     

齿轮传动多体接触动力学模型

基于多体接触动力学理论,对齿轮传动动力学模型进行了研究,给出了模型参数的确定方法.以开发的混合型齿轮传动为对象,在ADAMS软件环境中建立了其多体接触动力学模型.在仿真环境下直观动态地描述了齿轮啮合接触过程,计算出齿轮传动在给定输入转速和载荷作用下各级齿轮的动态啮合力.仿真分析结果揭示了齿轮传动的刚度激励与啮合冲击激励引起响应的周期性波动的现象.     

基于ANSYS/LS - DYNA的齿轮传动冲击特性仿真分析

以连续介质波动理论为基础,使用ANSYS/LS- DYNA有限元动力学仿真软件,建立了一对齿轮传动的冲击特性仿真模型,得到了在不同加载、初始条件下,参与啮合的每个轮齿齿面动载荷和齿轮啮合力随时间变化的曲线,以及被动齿轮的转速动态响应曲线,从而为齿轮的强度分析提供了可靠依据.     

一种摆线针轮传动多齿啮合接触特性分析方法

为有效地揭示齿廓修形、弹性接触及负载变化对摆线针轮传动多齿啮合接触动态特性的影响规律,基于多体动力学和弹性接触理论提出了一种可精确预估摆线针齿动态啮合对数、确定接触点位置并获取接触载荷的动力学分析方法。首先,建立了摆线针轮系统刚体多体动力学模型;其次,在数值计算的任一时刻,循环判断摆线齿廓的离散点与各个针齿之间是否满足接触条件,确定最大接触深度并计算法向接触载荷;最后,将摆线针齿接触载荷等效为系统广义力,建立了含多齿啮合接触关系的摆线针轮传动系统动力学方程。在此基础上,以某一针摆传动系统为算例,分析齿廓修形、弹性接触及负载变化对摆线针轮传动多齿啮合接触动态特性的影响。研究结果表明,摆线针轮传动的实际传力针齿数由齿廓修形和负载特性决定。该方法对于具有不同传动比的摆线针轮传动系统,均能高效准确地完成齿廓修形和负载变化条件下的传力针齿数预估和接触载荷计算。     

Integrated wear prediction model for cylindrical gear with variable hyperbolic circular arc tooth trace under mixed elastohydrodynamic lubrication

Cylindrical gear with variable hyperbolic circular arc tooth trace (VH-CATT) is a new type of gear. Sliding wear is the main mode of the surface failure of multiple mechanical parts. Both the lubrication state and contact temperature considerably influence wear characteristics, which may aggravate the transmission performance of gear pairs. Wear, contact temperature, as well as lubrication states are jointly explored. Therefore, an integrated wear prediction model was proposed through taking into account flash contact temperature and surface roughness of VH-CATT cylindrical gears in mixed elastohydrodynamic lubrication. According to the equivalent ellipse contact model of VH-CATT cylindrical gears and tooth surface equation, normal curvature and velocity relations for VH-CATT cylindrical gears were observed, and the normal meshing force was obtained through the consideration of load sharing coefficients and quality grades. Flash contact temperature was estimated by using the literature. This study proposes analytical solutions for investigating how various surface roughness, operation, and geometric parameters affect asperity contact ratio (ACR), asperity contact pressure (ACP), flash contact temperature (FCT), as well as wear depth (WD) related to driving gears. ACR, ACP, FCT, as well as WD initially decrease and then increase from engaging-in to engaging-out processes. The minimum occurs at the pitch point. The WD declines as module, cutter radius, and rotational velocity increase while augmenting when surface roughness and torques increase. The maximum and minimum wear depths in driving gears occur at the dedendum and pitch point, respectively. Its overall wear is reduced by 23.16 % compared to the wear of spur gears. The results are valuable for the studies of tooth pitting, wear resistance, and fatigue life improvement for VH-CATT cylindrical gear. These studies can provide verification data and references required for engineering designs and VH-CATT cylindrical gear operations.

     

基于虚拟样机技术的渐开线齿轮啮合摩擦动力学研究

基于虚拟样机技术,考虑齿轮啮合过程中摩擦力对接触碰撞力的影响,用ADAMS软件建立渐开线齿轮啮合的动力学模型,通过仿真分析得到与理论计算基本吻合的仿真结果,并对啮合过程中轮齿间摩擦力、摩擦因数、相对滑动速度的变化及相互关系进行研究。结果表明:运用虚拟样机技术可以实现对渐开线齿轮啮合的摩擦动力学研究,从而为进一步研究齿轮啮合摩擦学特性奠定基础,具有良好的工程应用前景。     

纯电动汽车高速斜齿轮传动振动特性分析

为研究高转速情况下时变啮合刚度和啮合冲击对斜齿轮传动振动特性的影响,以某纯电动汽车高速斜齿轮传动为研究对象,建立了弯-扭-轴动力学模型;采用改进的基于承载接触分析的计算方法获得时变啮合刚度曲线,并计算了啮合冲击时间及啮合冲击力幅值;分析了时变啮合刚度、啮合冲击以及两者综合3种激励条件下高速斜齿轮传动系统的振动特性。结果表明：时变啮合刚度激励下,在过共振区,转速变化对系统振动的影响不显著;啮合冲击激励以及综合激励条件下,系统振动随转速的升高而增大,与啮合冲击激励相比,综合激励下振动加速度增幅较缓。研究结果可为纯电动汽车高速斜齿轮传动的设计和工程应用提供参考依据。