刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析

基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了刚柔耦合齿轮三维接触动力学模型和动力学分析新方法.考虑轮齿与轮体间的相对柔性变形,啮合齿对间球-面三维动态接触和齿轮几何参数等因素,通过离散齿廓渐开线获得了齿面的离散接触面,从而建立了齿轮啮合传动动力学模型.通过数值求解与仿真分析,研究了单侧齿面接触、双侧齿面接触和刚柔耦合特性对齿轮啮合传动特性的影响规律,获得了啮合轮齿全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性.研究表明:新方法和动力学模型更真实地模拟了齿轮啮合传动的齿轮柔性变形和接触冲击等振动响应特性.该方法和数值计算结果为齿轮啮合传动和齿轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据.     

基于边缘接触时变刚度的轮齿表面剥落动力学模型与响应特征

轮齿表面剥落的动态响应特征是诊断齿轮早期故障的重要信息。但是,由于轮齿表面剥落部位啮合变形的复杂性和响应信号强耦合,导致诊断齿轮早期故障困难。为了解明轮齿表面剥落部位啮合引起的响应特征机理,建立了基于边缘接触时变刚度的轮齿表面剥落动力学模型,提出了轮齿表面剥落缺陷的时变刚度算法,分析了边缘接触对时变刚度激励及齿轮系统动态响应,研究了齿面剥落齿在啮出剥落边界时的边缘接触力突变及齿轮系统动态响应特性,获得了齿面剥落的时域和频域响应信号。同时,开展了齿面剥落缺陷动态响应特征的实验研究,验证了提出的理论模型的正确性。仿真与台架实验结果表明,新的模型能够准确计算齿面剥落对啮合刚度、动态响应特性的影响,可为齿轮系统状态检测提供重要参考价值。     

多载荷工况下人字齿轮传动系统振动特性分析

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿啮合刚度,建立了考虑时变啮合刚度激励、啮合冲击激励和齿侧间隙激励的人字齿轮系统十二自由度啮合型弯—扭—轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,研究了多载荷下人字齿轮左端啮合副周向的振动特性,结果表明,外载荷的增大使得啮合刚度激励和啮合冲击激励下系统的振动均增大,且啮合冲击激励对外载荷的敏感性高于啮合刚度激励,而齿侧间隙激励下系统的振动则随着外载荷增大而减小。同时,啮合冲击激励对系统振动的影响随着载荷增大而增大,而啮合刚度激励和齿侧间隙激励则随着载荷增大而减小。     

混合修形斜齿轮转子系统振动特性分析

由于制造、安装误差和轮齿变形等因素,齿轮在啮合过程中难免产生振动、冲击和噪声,对斜齿轮齿廓进行适当修形可以有效改善啮合状态,提升传动的平稳性.基于轮齿承载接触分析理论提出含齿顶修形和齿向修形两种方式的斜齿轮混合修形方法,建立计算考虑混合修形的斜齿轮时变啮合刚度模型,并通过ANSYS验证了该模型的有效性;基于提出的模型分...     

重合度对人字齿轮非线性系统振动特性的影响分析

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿综合啮合刚度和单齿啮合刚度,提出了考虑齿轮啮合重合度的啮合冲击计算模型,建立了考虑时变啮合刚度、啮入冲击、齿侧间隙的人字齿轮十二自由度啮合型弯—扭—轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,通过改变轮齿高度变位系数调整重合度进行验证计算,将本文提出的线外啮合冲击模型冲击力计算结果与文献[8]中模型计算结果进行比较,验证了本文提出模型的有效性。通过实例计算,结果表明在负载一定的情况下,轮齿啮合周向及小轮轴向振动随着重合度的增大而减小;而当轮齿啮合重合度增大到4.07时,系统振动呈增大趋势。     

混合弹流润滑下人字齿轮系统动态啮合效率研究

为准确有效计算人字齿轮啮合效率,更好分析人字齿轮系统传动特性,建立滚动轴承支撑、同时考虑啮合刚度激励、啮合冲击激励及齿面啮合摩擦激励的人字齿轮传动系统12自由度动力学模型。分析啮合齿面润滑机理,通过齿面接触分析及轮齿承载接触分析程序,计算啮合齿面滑动摩擦系数及摩擦损失功率;在此基础上获得人字齿轮动态啮合载荷下齿面动态啮合效率。以人字齿轮传动系统参数为实例进行验证,分别计算齿面啮合静态效率、齿面啮合动态效率及参照AGMA标准的啮合效率。结果表明,齿面啮合效率以啮合齿频为周期,动态啮合效率低于静态啮合效率,符合因各动态激励因素存在导致系统能耗增大趋势,计算结果均值与AGMA标准值基本一致。表明该计算方法合理有效。     

考虑实测基节误差的修形齿轮啮入冲击计算

为研究制造误差对齿轮系统啮入冲击的影响,给出一种考虑实测基节误差的齿轮啮入冲击算法。该算法基于考虑实测基节误差的轮齿接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)及轮齿承载接触分析(Loaded Tooth Contact Analysis,LTCA),准确算出齿轮连续啮合过程中每对啮合轮齿的实际啮入点位置;并根据LTCA得到的轮齿承载变形及载荷分配系数,计算出当前啮入齿对啮入点处的刚度;最后计算出以n个啮合周期为一个大周期的啮入冲击力(n为主、被动轮齿数的最小公倍数)。研究表明,在不同齿对的相对基节误差具有随机性的情况下,该算法可以准确算出每对轮齿的线外啮入点的位置,并相应算出不同位置的啮入点的刚度;该算法适用于具有修形齿面或误差齿面的齿轮系统,真实反映了实测基节误差对齿轮啮入冲击的影响。     

准双曲面齿轮动态啮合性能的有限元分析研究

研究准双曲面齿轮动态啮合有限元分析模型的构建方法,建立了合理的有限元模型。基于接触动力学的基本理论和显式有限元分析方法,对准双曲面齿轮的动态啮合性能进行了研究,得到啮合接触冲击特性、齿面接触区域、齿面接触应力及齿根弯曲应力等在轮齿动态啮合过程中的变化规律。以转速和负载两个典型的工作条件为变量,建立对比分析模型,研究转速和负载对准双曲面齿轮动态啮合性能的影响。转速对准双曲面齿轮动态啮合性能影响显著,而负载对准双面齿轮的动态啮合性能影响则跟转速有关,随着转速的增大,相同的负载变化对动态啮合性能的影响逐渐减弱。     

齿面修形对人字齿轮啮合刚度影响分析与试验研究

为了准确地计算考虑轴向窜动的人字齿轮时变啮合刚度,建立考虑轴向窜动的人字齿轮轮齿承载接触分析模型,在此基础上推导考虑安装误差的人字齿轮轮齿综合啮合刚度,分析不同载荷下的啮合刚度变化特性;采用遗传算法对人字齿轮齿面展开以轮齿啮合刚度波动幅值为目标的齿面三维修形优化设计。以某单级人字齿轮副为对象的实例计算表明,考虑轴向窜动的人字齿轮副啮合刚度随着外载的增加而增加,且增长幅度随着载荷增加而减缓,最后刚度均值及其波形幅值均趋于稳态。搭建人字齿轮封闭功率流式试验台,给出利用高精度圆光栅对人字齿轮啮合刚度的测量方法,结果表明,理论计算与试验测量的人字齿轮啮合刚度随啮合周期变化波形基本保持一致,在给定负载下,最大偏差小于8.8%,且修形前后啮合刚度波动幅值变化趋势亦保持一致。     

接触状态分析系统在齿轮测量上应用形式初探

接触状态测量分析系统提出于20世纪90年代，它是一个以计算机为主的测量系统，其齿形、齿向测量．主动、从动齿轮数据编辑，拓扑数据计算等均由计算机来完成，该系统在四大虚拟环境(偏差拓扑图、啮合过程图、接触区域图、轮齿单一啮和图)的支撑下，需增加任何啮合测量就可用单项测量结果模拟齿轮副的啮合状态。     

融合齿背接触机理的圆柱斜齿轮振动特性分析与双面修形优化研究

为了更合理地分析高速圆柱斜齿轮非线性振动特性、有效抑制齿面振动。通过考虑增/减速状态的轮齿承载接触模型,建立了考虑齿背接触特性的圆柱斜齿轮动态啮合刚度,得出齿面啮合刚度同时与啮合时间和齿面振动位移之间的耦合机理;进一步建立考虑齿面/齿背啮合刚度、线外啮合冲击激励的高转速圆柱斜齿轮传动系统非线性振动模型,并在此基础上展开同时计及齿面、齿背接触状态的双齿面减振修形优化研究。实例计算结果表明,计及齿背啮合刚度的振动加速度明显大于未考虑齿背啮合刚度的振动加速度,且系统表现出更加复杂的分叉特性;相较于标准齿面和单面修形,双面修形的圆柱斜齿轮具有最小的齿面振动加速度,且双面修形齿面在减缓圆柱齿轮振动的同时,也增大了系统可供稳定工作的转速区间范围,具有较好的工程实际应用价值,对提升系统稳定性设计有着积极的指导意义。     

等高齿锥齿轮非线性振动特性的联合求解方法

齿轮重载啮合中发生的轮齿接触损失会引起齿轮传动中的动态传递误差,动态传递误差的存在是等高齿锥齿轮非线性振动的重要原因,准确预测和计算等高齿锥齿轮传动中的动态传递误差是进一步改善这类齿轮系统振动特性的有效手段。针对某重载等高齿锥齿轮,研究了其在一定运行速度和扭矩范围内的频率响应特性;运用一种新的曲面积分与局部有限元联合求解方法求解了等高齿锥齿轮传动中的动态传递误差,从而揭示出此类传动系统振动的强非线性特性。这种方法无需将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,计算动态啮合力以及动态传递误差,最终得出等高齿锥齿轮的非线性振动特性。该方法可以精确表达轮齿几何及轮齿接触力等因素对齿轮动力学性能的影响,为等高齿锥齿轮这类复杂振动特性的传动系统提供了一种行之有效的分析方法。     

传动齿轮啮合间隙的调校

齿轮啮合 ,两齿面接触面深度以占齿高的 4 / 5为宜。可以两齿啮合后的齿侧间隙大小来判断。钢质、胶木轮齿侧间隙为 0 .0 8～ 0 .1毫米 ,尼龙齿轮为 0 .1～ 0 .15毫米。齿侧间隙的检查 :可用厚薄规片插进齿隙中进行检查 ,或用千分表来测量。其测量方法 :用千分表杆头顶住轮齿 ,将与顶住的齿轮相啮合的齿轮固定 ,用手来回转动测量杆头顶住的齿轮 ,表头所指数值为所测啮合间隙。如无千分表时 ,也可用手握住输片齿轮轻轻来回转动 ,凭经验感觉确定其间隙大小。啮合齿隙的调整 :为了使齿轮正确啮合。许多机器齿轮轴套或轴座是可调的 ,如松花江座…     

新型少齿差减速器动态特性分析及实验研究

摘 要 针对某新型少齿差行星减速器,进行了不同啮合位置时的多体接触有限元分析,求得轮齿时变啮合刚度,采用动力接触有限元法计算齿轮啮合冲击激励,得出包括时变刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的齿轮啮合内部动态激励。建立减速器的有限元动力分析模型,在综合考虑内部激励和外部激励的情况下计算了减速器的时域和频域响应及加速度级1/3倍频程结构噪声。利用振动测试分析仪对新型少齿差内啮合减速器进行测试分析,并与有限元计算结果进行对比,二者较为吻合。     

新型少齿差行星齿轮装置振动特性分析与实验研究

对某少齿差行星齿轮装置进行结构改进设计,运用动力接触有限元法求得包括啮合刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的轮齿啮合内部动态激励。通过建立有限元模态动力分析模型,计算齿轮装置固有频率及振型,综合考虑内外部激励情况下,研究该齿轮装置的结构动态响应及噪声。利用振动测试设备对该齿轮装置进行振动噪声测试。结果表明：分析预测值与实验结果相符。     

斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证

为准确建立斜齿轮动力学模型,更好分析斜齿轮系统振动特性,提出基于轮齿承载接触分析、考虑齿轮轴扭转变形的轮齿啮合刚度计算方法。分析国内文献普遍采用的基于啮合刚度分解建立斜齿轮动力学模型,指出其与理论力学相悖之处,提出基于力、振动位移分解法建立综合考虑时变啮合刚度激励、啮入冲击激励的斜齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。以某斜齿轮副为例进行的仿真计算结果表明,基于承载接触分析的轮齿啮合刚度计算方法能准确、方便求得轮齿啮合刚度,文献[8]动力学响应结果与理论实际存在明显差别,而基于力、振动位移分解法的响应则能与理论实际较好吻合。     

非圆齿轮系啮合传动的计算机辅助设计

基于自由节曲线的非圆齿轮可实现非匀速比传动,但其设计复杂、制造成本高.利用动画技术实现非圆齿轮传动的计算机辅助设计,可增强非圆齿轮设计的可预见性,降低成本.依据非圆齿轮啮合原理,确定轮齿在节曲线上的对应位置,推导了轮齿的齿廓、齿顶、齿根的曲线方程.给出了齿形设计的计算方法及啮合传动的模拟程序.最后,通过实例验证了方法的可行性.     

齿廓修形斜齿轮副啮合刚度解析计算模型

斜齿轮的轮齿误差是一个三维空间问题,其齿廓修形后啮合刚度的解析计算方法不同于直齿轮。改进了斜齿轮三维空间啮合线长度及位置计算方法,实现了斜齿轮啮合线长度及啮合位置的快速计算;根据力、变形分解原理和刚度/误差耦合关系,提出了一种考虑轴向变形以及齿廓修缘的斜齿轮啮合刚度解析计算模型;以一组斜齿轮副为例,研究了斜齿轮啮合刚度与啮合线长度在一个啮合周期内的变化规律,分析了不同齿廓修形参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。研究结果表明:利用该模型不仅可以准确快速地计算斜齿轮副啮合刚度,而且还可以确定最佳齿廓修形量,为斜齿轮的齿廓修形提供理论指导。     

齿向修形直齿轮系统动力学特性分析

研究了直齿轮齿向修形对齿轮系统振动特性的影响。首先考虑直齿轮齿向修形偏差,将轮齿沿轴向离散成若干宽度相等的薄片,建立了齿轮副啮合刚度模型。然后以一对直齿轮副为例,分别使用有限元法和本文方法分析了齿轮副啮合刚度,结果表明所提方法能够快速准确求解齿向修形直齿轮副的啮合刚度。最后建立齿轮系统有限元模型,分析了齿向修形对系统固有特性、振动响应特性的影响。研究结果表明:齿向修形降低了齿轮副啮合刚度,考虑齿向修形后齿轮系统弯扭耦合固有频率减小,齿轮系统响应的共振峰出现了偏移。研究结果可为齿向修形齿轮的动态响应计算和结构设计提供理论依据。     

渐开线齿轮的接触分析

以Hertz应力表达式为基础,将单齿啮合的渐开线齿轮等效为相互挤压的两个圆柱体,推导了齿轮接触应力的理论表达式．建立一套单齿对啮合的有限元分析方法,包括引入渐开线和齿根过渡曲线方程及对应的自变量区间,建立参数化齿廓;模型轮缘厚度取3倍的模数,周向宽度取3倍的齿厚;在接触面上进行网格细化处理;在对应的主、从动齿轮内缘分别施加均匀切向力和固定约束等．计算结果显示,有限元解和理论解吻合较好,最大偏差不超过5%,该方法适用于不同的啮合轮齿参数．由有限元方法得到的渐开线轮齿的接触应力符合Hertz理论中的半椭圆分布规律,Mises应力和剪应力分布也符合接触力学理论,但应力分布的对称中心存在偏离或者偏斜现象,分析认为,是由于轮齿弯曲变形造成的．