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.     

齿轮传动参数化建模及动态仿真系统的研究及开发

为解决齿轮传动的参数化建模及仿真问题,对APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言及UIDL(User Interface Development Language)语言的混合编程及基于有限元法的多体动力学仿真进行了研究,并以渐开线齿轮为研究对象,开发了专门的齿轮建模及仿真集成系统...     

考虑齿间滑动影响的高速列车传动齿轮动态接触特性分析

为研究高速列车传动齿轮在啮合过程中因接触表面各啮合点处滑差不一致对动态接触特性的影响.以CRH3型动车组转向架传动齿轮为研究对象,基于齿轮接触相关理论及轮齿摩擦关系,引入考虑轮齿表面滑差、动力黏度及载荷等因素下的EHL时变摩擦模型,利用ABAQUS/Standard提供的隐式直接积分法对低速重载工况下的传动齿轮进行动态分析.通过对比无摩擦、常摩擦因数及变摩擦下的仿真结果分析齿轮间滑差及摩擦因数大小对齿轮副动态接触特性的影响.结果表明,表面啮合节点摩擦因数不一致对齿轮接触合力、接触斑面积、Mises、接触应力最大值及其分布影响很小;在啮合过程中,考虑滑差影响的齿面摩擦力波动更平缓,均值较常摩擦增加了 40％;摩擦剪应力分布比采用常摩擦得到的结果更贴合实际.而常摩擦因数数值的增加对应力分布影响不大,但会使得接触面应力值相应增加,加剧系统的周期性振动.     

考虑失效模式相关性的传动齿轮可靠性分析

在考虑失效模式相关性的前提下,对传动齿轮进行可靠性分析.运用Monte Carlo法抽样得到传动齿轮在各失效模式下的概率分布,并根据应力-强度干涉理论构建其系统功能函数.在此基础上,基于MATLAB分别计算了传动齿轮的系统可靠度及失效模式和随机变量灵敏度.研究表明:传动齿轮各失效模式间相关性对其可靠度有重要影响,齿面接...     

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...     

齿轮传动系统刚柔耦合建模及载荷特性研究

齿轮传动系统是履带车辆核心部件之一,为了掌握齿轮在系统运行过程中的载荷特性,基于刚柔耦合动力学,构建了利用Creo、HyperMesh和RecurDyn软件平台联合建模的方法,在考虑齿轮副间时变接触力和齿轮柔性的基础上,建立了系统刚柔耦合仿真模型,并依托试验台架对其准确性进行了验证。以某实际工况为例进行仿真,将刚柔耦合模型和刚性体模型的仿真结果进行对比分析,结果表明刚柔耦合模型能更加准确地对齿轮运动受力情况进行描述。根据仿真得到的齿轮应力变化规律,分析了系统运行过程中断齿故障的产生的原因。仿真过程及结果为齿轮疲劳寿预测、系统的故障诊断提供了参考和依据。     

高速重载齿轮传动多目标优化设计研究

针对高速重载工况,以齿轮传动的动载系数和齿面接触应力为优化设计目标函数,齿轮基本参数为设计变量,建立了圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型,分析了设计变量对齿轮传动接触强度和弯曲强度的影响,采用线性加权法求解了齿轮传动的多目标优化问题.结果表明,以动载系数和齿面接触应力为目标函数的多目标优化设计与以最小体积为目标函数的单目标优化设计相比,优化后的动载系数和齿面接触应力更小,达到了减小系统振动和噪声,提高齿轮传动的承载能力的目的,为高速重载齿轮传动设计奠定了基础.     

随机因素影响下具有相关失效模式的齿轮传动动态可靠性研究

考虑输入转矩和负载转矩的随机波动量,以及随机啮合误差,建立了单级直齿轮传动系统的弯-扭耦合动力学模型,经数值求解,得到了作用于轮齿的动应力。将工作周期内的动应力作用过程视为随机过程,并用该随机过程中最大应力的概率模型等效随机过程的作用,得到了应力的概率分布模型。使用Monte Carlo法得到了许用应力的概率分布模型。基于应力-强度干涉理论建立了考虑齿根弯曲疲劳失效和齿面接触疲劳失效相关性的齿轮传动系统动态可靠性模型。研究发现啮合误差越大,系统的可靠性越低。     

高速重载齿轮传动的多目标优化设计

讨论了重载齿轮设计中的各种影响因素;分析了斜齿轮和人字齿轮的优缺点,在此基础上将重载齿轮确定为弧齿线圆柱齿轮,并对其建立了以重合度最大、体积和相对滑动率最小为目标的多目标优化数学模型;给出了重载齿轮传动优化设计约束条件,运用多目标优化的乘除法获得了最优解.采用MATLAB软件实现了实例的优化设计目的,提高了机械设计效率和精度.     

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.     

齿轮有限元精确建模中边界界定的研究

根据齿轮啮合原理和Ansys———APDL建模技术,创建了轮齿的精确齿形有限元模型。基于数据分析结论,指出了“扩大”原始边界分析法在齿轮有限元精确建模中的局限性,进而提出了将由齿轮整体分析得到的边界位移作为“位移补偿”约束加到“缩小”模型的相应边界,以用于齿根应力和轮齿变形精细分析中。同时提出了基于齿根危险截面峰值应力等效原理的边界界定的“有效边界”法。将上述建模技术应用于轮齿强度有限元分析中,并将计算结果与相关标准和试验结论进行了对照,证明了上述建模技术的科学性。     

基于SolidWorks和ANSYS的变速器齿轮有限元分析

变速器是汽车传动系统的重要零部件之一,变速器齿轮又是变速器的关键部分,其品质好坏直接形响着传动的质量,从而影响整车的性能。首先应用三维制图软件SolidWorks对汽车变速器齿轮进行了三维实体造型,然后通过接口传递数据,用有限元分析软件ANSYS对其进行了弯曲应力和接触应力分析,为变速器齿轮的强度校核提供了有效途径。     

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。     

齿轮传动系统故障诊断方法研究

齿轮零件日益广泛的在越来越多的场景和工程中使用,特别是在今天的重工业领域中,在航天、石油、煤矿和军事的工程应用中已经成为其重要机械顺利运行的部件,尽管齿轮传动系统在当前有着如此重要的应用地位但由于其长期使用,系统会出现综合性故障,因此,如果不能够克服长期使用带来的零件损耗问题就无法保障整个装置的安全性和可靠性,所以如何...     

随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析

针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。结合有限单元法和赫兹接触理论,得到关键零部件的应力时间历程,采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析,得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。     

一种新型齿轮的数学模型及有限元分析

提出了一种具有新型齿廓的"S"形齿轮。利用齿轮啮合原理,建立了"S"形齿轮的数学模型,包括"S"形齿轮的齿廓曲线方程和齿面方程,利用UnigraphicsNX、Hypermesh和ANSYS建模及有限元分析软件精确建立了"S"形齿轮的单齿啮合有限元模型,并对其进行了接触有限元分析。分析结果表明,"S"形齿轮具有传动精度高、承载能力大等优点。     

斜齿轮传动啮合过程齿面接触应力有限元分析

首先运用PRO/E软件完成了斜齿轮传动的三维造型,然后在ADAMS中实现了斜齿轮传动的动力学仿真,得到了斜齿轮传动的啮合力、转矩等参数特性曲线。之后,将PRO/E中建立的斜齿轮传动模型导入到ANSYS中,将ADAMS系统仿真得到的最大载荷作为边界条件,对斜齿轮进行了齿面接触应力的有限元分析。将有限元仿真结果与赫兹公式计算值相比较,误差较小,验证了本文所论述的计算方法是可行的。     

高性能同轴式磁力齿轮结构设计与实验研究

为了改善磁力齿轮的扭矩传递能力,研究了一种采用鼠笼式调磁装置的同轴式磁力齿轮。通过建立磁力齿轮的瞬态分析有限元模型,模拟分析得到内外气隙长度、永磁体厚度和长径比等结构参数对其传递扭矩能力的影响规律曲线,并得出了机构参数的优化值,模拟了该参数下磁力齿轮的运行情况。基于优化值制作实验样机进行实验研究,实验结果表明,采用此种调磁极片能够实现定传动比传动并能传递一定的扭矩。实验结果与模拟分析具有相似性,表明优化的结构参数能够保证磁力齿轮扭矩传递能力。     

双离合变速器预选档策略下齿轮敲击动力学分析

双离合自动变速器(Dual clutch transmission,DCT)在预选档状态下具有换档无动力中断和换档平顺等优点,然而在预选档策略下双离合自动变速器的齿轮敲击问题更加突出。以某型湿式双离合变速器为研究对象,分别建立变速器1档无预选以及预选2档下的齿轮敲击动力学模型。模型中各空套齿轮拖曳力矩包括齿轮搅油阻力矩、轴承阻力矩以及同步器阻力矩,此外,模型还考虑了变速器非功率流中未结合状态下离合器所产生的拖曳力矩。齿轮接触模型在考虑齿面弹性接触的基础上,计入了由润滑效应引起的齿隙间非线性油膜力。运用龙格库塔算法对模型求解,获得各齿轮副的动态响应。通过变速器敲击台架试验验证了动力学模型的可行性,计算结果与试验结果具有较好的一致性。对变速器齿轮动力学响应的研究结果表明：在一定角加速度激励下,变速器中空套齿轮存在明显的双面敲击现象;预选档位并不会对无预选状态下已发生敲击的齿轮副产生影响,但是预选档后,变速器非功率流分支发生改变,变速器内空套齿轮数量增多,整体上使变速器敲击问题更加突出。