椭圆齿轮传动系统非线性动态特性分析

为获得椭圆齿轮副工作时的振动规律,以实现其稳定、高效传动,在分析椭圆齿轮固有特性的基础上对椭圆齿轮非线性动力学特性进行了研究。以齿轮动力学理论为基础,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差、粘弹性阻尼的椭圆齿轮非线性动力学模型,利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对椭圆齿轮传动系统非线性动力学方程进行求解,绘制了系统的位移响应,相轨迹以及Poincaré映射,得到激励频率、阻尼比、时变啮合刚度、以及内部激励4个控制参数对传动系统动态响应的影响。椭圆齿轮副动力学模型的建立、求解和参数影响分析可以为后续的动态设计、不同参数下的振动响应趋势预测以及降噪提供一定的理论依据。     

曲面积分与局部有限元联合求解摆线锥齿轮非线性振动特性

针对重载啮合中动态传递误差所导致的非线性振动问题,以及如何准确预测和计算等摆线锥齿轮传动中的动态传递误差进一步改善这类齿轮系统振动特性,研究了在一定的运行速度和扭矩范围内摆线锥齿轮的动态响应特性,对摆线锥齿轮非线性振动特性提出了一种新的曲面积分与局部有限元联合求解方法,这种方法可以精确表达轮齿几何及轮齿接触力等对齿轮动力学性能有关键影响的因素;此外,所提出的方法无需将静态传递误差、时变拟合刚度和啮合频率变量等非线性因素作为外部的激励进行求解,而是从齿轮啮合的每一时步计算动态接触力以及动态传递误差,最终得出摆线锥齿轮的非线性振动特性,采用本方法可以较好地改善摆线锥齿轮的振动特性.     

负载与支承刚度对面齿轮传动系统动态特性的影响分析

为研究负载及支承刚度变化时对面齿轮传动系统动态特性的影响,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传动误差、阻尼和负载激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF（Poincaré-Newton-Floquet）方法进行求解。计算结果表明,在不同的负载及支承刚度条件下,系统会出现简谐响应、次谐响应、拟周期响应及混沌响应4类稳态响应。增加负载及支承刚度能有效降低系统的动载荷,而增大支承刚度还可以减小面齿轮支承在方向与方向上的振动位移幅值差距。     

考虑多体承载啮合斜齿行星齿轮动载特性分析

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其动载特性研究对减振降噪具有重要意义。正确地描述行星齿轮系统的啮合刚度和啮合误差是进行动力学分析的前提,为此,紧密结合齿轮几何分析与力学分析,提出行星齿轮承载接触分析技术,获得各齿轮副的耦合时变啮合刚度,并计算其啮合冲击力,为行星齿轮动力学深入分析奠定基础;其次,应用集中参数法建立考虑齿轮副安装误差、刚度激励及啮合冲击激励的斜齿行星传动啮合型弯-扭-轴动力学模型,采用数值法求解系统的动载特性。表明：考虑啮合冲击激励时,随转速的增加动载荷增加更为明显;共振转速附近,啮合冲击对动态啮合力的影响较小;安装误差特别是中心距误差是引起各齿轮副啮合刚度不同的主要原因,其进一步导致了系统的共振转速变多;行星轮浮动可以明显降低共振转速处的动载荷,由于各外（内）齿轮副刚度的不同,随转速的增加行星轮浮动使得部分齿轮副的动态啮合力明显降低。     

含裂纹齿轮传动系统动力学特性研究

为研究齿根裂纹扩展导致的啮合刚度变化对齿轮箱振动的影响,基于含裂纹齿轮系统动力学模型分析了齿轮传动系统的动力学特性。首先建立了渐开线直齿轮两级传动系统的集中参数模型;然后根据该模型,利用数值方法模拟了齿根裂纹的扩展过程,进而采用能量法求解不同裂纹尺寸的齿轮时变啮合刚度;最后将刚度激励作为齿轮系统的激励,代入传动系统集中参数模型,得到传动系统的动力学响应。结果表明:在含裂纹轮齿啮合过程中,齿轮速度级振动时域信号产生周期性冲击变化,而加速度级振动时域信号产生更剧烈的振动冲击;系统负载和转速主要影响动力学响应的幅值、周期和相位;不同故障形式导致齿轮的动力学响应的频率发生变化,主要体现在峰值、频带分布上。该研究结果有助于了解齿轮萌生疲劳裂纹并扩展时齿轮传动系统的动力学特性,为齿轮系统健康状况检测提供理论依据。     

汽车后桥主减速器非线性振动研究

以汽车后桥主减速器为研究对象,考虑了齿面摩擦、齿侧间隙以及动态传递误差等非线性因素影响,建立了8自由度准双曲面齿轮副动力学模型。通过引入齿轮副啮合线相对位移,为动力学模型缩减了一个自由度,简化了计算。利用数值计算的方法求解了无量纲化后的微分方程,得到系统稳态响应,并考查了动摩擦系数、外部载荷和轴承支承刚度对系统动力学响应的影响。结果表明,减小动摩擦系数、增加外部载荷和提高轴承支承刚度有利于提升系统的稳定性。     

风电齿轮箱齿轮传动系统非线性因素影响分析

针对风力发电机齿轮箱在实际风场中工况复杂的问题,采用集中质量参数法建立了风电齿轮箱传动系统高速级齿轮滚动轴承耦合动力学模型,考虑了传动系统的综合啮合刚度、误差激励、齿面侧隙和轴承径向刚度等非线性影响因素,对1.5 MW风力机齿轮箱传动系统的非线性动力学模型进行了仿真计算分析.采用Runge-Kutta法对模型进行求解得到传动系统的时域波形和幅频响应.结果表明:较小齿面侧隙会使系统出现较大振动响应,随着齿面侧隙增大,系统振动位移减小,会导致系统从周期走向混沌响应;轴承游隙的存在使系统产生混沌响应,呈现出非周期的特征.     

人字齿轮传动的动态特性分析

为了降低人字齿轮传动的振动噪声,对其动态特性进行研究.在综合考虑轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励的基础上,应用集中参数法建立人字齿轮弯-扭-轴耦合的动力学模型.根据牛顿力学定律,推导出相应的运动微分方程.讨论了各种激励和轮齿修形对人字齿轮动态特性的影响.以一对人字齿轮为例进行动态试验,结果表明,修形前后齿轮箱的结构...     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮非线性振动特性分析

为得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮（CHATT）工作时的振动规律,以便设计出运行平稳可靠、传动高效的齿轮,对其非线性振动特性展开研究。通过齿轮副承载接触分析,计算啮合线上轮齿的时变啮合刚度和轴向误差激励,并依据啮合冲击计算模型得到啮入冲击激励。基于集中参数理论建立CHATT的12自由度的弯扭轴多因素耦合振动模型,再依据牛顿第二定律建立包含上述三种内部激励的振动微分方程组。采用变步长四阶Runge-Kutta法对量纲一化后的方程组求解,对比主动轮和从动轮各自垂直、扭转和轴向上的振动特性数值解,结果表明：主动轮和从动轮的振动规律始终保持一致,竖直和扭转方向上作拟周期运动,轴向振动处于稳态响应的近混沌状态。进一步研究齿线半径、负载转矩和输入转速等三个参数变化对系统振动特性的影响规律,分析结果表明：轴向振动从多周期运动向近混沌运动演变,其振动的规律性更容易受到上述三个参数变化的影响。变双曲圆弧齿线圆柱齿轮振动模型的建立、求解和参数影响分析为后续的动态设计、预测不同参数下的振动响应趋势以及降噪提供一定的理论依据。     

含齿根裂纹的非标齿轮啮合刚度改进算法及动态响应分析

时变啮合刚度是齿轮系统动力学模型的参数激励,当齿轮出现齿根裂纹时,啮合刚度变化引起的动态响应特征是实现齿轮裂纹故障诊断的重要依据。以非标齿轮为研究对象,针对齿根裂纹故障对其时变啮合刚度的影响,建立考虑基圆与齿根圆不重合的变截面悬臂梁模型,提出利用改进势能法求解齿轮啮合刚度的计算模型,与原势能法和ISO 6336-1-2006进行对比分析,并计算齿顶高系数和顶隙系数改变时不同裂纹尺寸的轮齿刚度和齿轮时变啮合刚度;建立非标齿轮传动系统六自由度动力学分析模型,利用4-5阶Runge-Kutta数值法求解故障系统的动态响应。仿真结果表明改进势能法显著提高了非标齿轮时变啮合刚度的求解精度。齿根裂纹的存在使得非标齿轮综合啮合刚度明显减小,系统时域信号中存在周期性冲击响应,频域中出现调制边频带结构,这些均为齿轮系统故障诊断提供了理论依据。     

基于MATLAB的汽车变速器优化设计方法

以轻型载货汽车变速器为例,根据其设计要求和特点,建立了汽车变速器的优化设计数学模型,在保证零件强度和刚度等条件下,使变速器齿轮和轴系的质量最小,并运用MATLAB优化工具箱对某汽车变速器进行了优化设计,结果表明：采用优化设计方法可以缩短设计周期、减轻质量和降低成本。     

混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

球轴承-转子系统动特性的整体分析方法

针对轴承刚度计算精度不高的问题,求解滚动轴承内圈方程组的雅可比矩阵得到滚动轴承五维刚度,对轴承刚度特性分析表明,刚度随工况变化呈显著非线性变化.考虑转子外力和不平衡力作用于轴承的载荷变化和工况变化对轴承刚度的影响以及轴承刚度对转子系统动特性的影响,提出了滚动轴承-转子系统动态特性计算的整体分析方法,使用最速下降法结合牛顿-拉夫逊法求解系统的特征值,建立了转子失稳门槛的优化模型.对某多圆盘转子的临界转速、失稳门槛计算的结果表明:考虑轴承和转子相互作用对系统动特性的影响较为显著,优化转子直径提高了失稳门槛值.本研究为转子系统动特性的准确计算提供了方法.     

减速器齿轮传动系统的稳态热分析及试验研究

以ZD－10减速器齿轮传动系统为研究对象，用热网络法建立了该传动系统的热平衡方程组，建立了热阻，功率损失，对流换热系数计算模型，计算了该传动系统有润滑条件下的稳态温度场，并进行了相应的试验研究，这对于武装直升机传动系统生存能力的研究是十分有意义的。     

单齿裂纹行星轮系合成刚度的劣化特性

行星轮系由于结构复杂,其齿面损伤对系统动态特性的影响不易评估,因而为行星轮系的故障诊断带来很大障碍.以某NGW21型行星齿轮减速器为研究对象,在内齿圈固定的前提下,研究了健康轮系的刚度合成方法以及齿面损伤条件下的刚度劣化行为.采用能量法获得了行星轮与太阳轮和内齿圈单独啮合时的刚度分布曲线,进而基于轮系内部的运动关系和各行星轮之间的相位关系,建立了多点同时啮合工况下的轮系刚度合成方法.针对太阳轮、内齿圈分别存在不同深度裂纹的情况,探讨了裂纹齿轮与行星轮单独啮合时的刚度分布,并最终对同一行星轮参与的内、外啮合刚度进行了合成.结果表明:太阳轮裂纹引起的整体刚度劣化更为明显,将更显著地影响行星轮系的响应特性.     

摩擦学与动力学信息故障诊断相关性分析研究

以齿轮箱摩擦学系统为研究对象,通过分析齿轮摩擦学与动力学信息之间存在的异同性,建立了齿轮摩擦学与动力学信息故障诊断相关性分析模型。对模型中两类不同量纲的诊断信息采用对数化累积处理方法,并归一到同坐标下对比分析。结果表明,两类特征信息在故障诊断中表现高度相关。该研究为设备多信息融合故障诊断提供一条新的分析方法。     

框剪结构动力时程分析的精细积分法

从框剪结构的总势能出发,根据结构的并联铁摩辛柯梁模型求得框剪结构协同分析的哈密顿对偶体系,由两端边值问题精细积分法中的区段混合能矩阵推导出结构的层单元刚度矩阵,然后利用有限元刚度集成法形成总刚矩阵,利用初值问题的精细积分法对框剪结构进行动力时程分析,并以Matlab编制相应程序。以某19层框剪结构为例,进行多遇地震作用下的动力时程分析,结果表明该结构的最大层间位移角为1/1 329,且结构没有出现明显的薄弱层,说明整个结构是处在弹性工作的状态,从而验证了该方法的可行性与可靠性。     

箱拱桥梁结构动力分析的QR法

利用QR法建立了箱拱桥梁结构的动力模型,利用样条加权残数法建立了求解动力模型的无条件稳定算法,给出了箱拱段单元/箱拱子域的刚度矩阵、质量矩阵及阻尼矩阵.算例表明,此法不仅计算简便,而且精度高,是一种经济有效的新方法.     

基于分形理论多孔含油介质结合面动态刚度研究

将含油结合面刚度分为固体接触刚度和液体油膜动态刚度2个部分,且2个部分为并联连接.利用接触分形理论,建立含油结合面固体法向接触刚度和结合面实际固体接触面积的关系模型;在此基础上,结合面间充满油的面积即为名义接触面积和固体实际接触面积之差,利用平均流动的广义雷诺方程,建立多孔含油材料固定结合面液体油膜法向动态刚度模型;两者并联即可获得含油结合面综合动态刚度模型.通过仿真计算和前期试验结果对比,验证该建模方法的正确性.研究表明:结合面间加入润滑油介质可以有效地提高结合面刚度;而利用多孔含油材料,即自润滑材料,是实现在结合面间加油的有效方案.