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。     

变速工况下球轴承-螺旋锥齿轮多体动力学分析

基于多体系统动力学方法,定义了球轴承钢球、套圈滚道和保持架之间的动态接触关系,螺旋锥齿轮传动的啮合接触关系,探索了变速工况下球轴承-螺旋锥齿轮系统的动力学分析方法.运用ADAMS建立了球轴承-螺旋锥齿轮传动多体动力学仿真模型,以变转速作为齿轮传动系统外部激励,计算了变转速工况下齿轮系统的动态响应.计算结果表明:变速工况下,啮合轮齿的动态接触力远大于常速工况,保持架受到较大较频繁的间隙碰撞力作用,运动稳定性相对较差.变速转速频率及其倍频为齿轮啮合力和球轴承动态接触力的主要频谱成分.常速工况下,常速转速频率及其倍频和啮合频率为齿轮啮合力的主要频谱成分,保持架转速频率及其倍频为球轴承动态接触力的主要频谱成分.计算模型和分析结果为复杂变工况下球轴承-螺旋锥齿轮系统动力学分析和动态设计提供了分析方法.     

基于参数化有限元模型的斜齿行星传动内啮合特性分析

为揭示斜齿行星传动内啮合齿轮副的啮合特性,采用参数化建模方法和自底向上的建模策略,相继构建斜齿行星轮系的完整啮合和简化啮合三维有限元模型。通过设置内啮合接触对并施加恰当约束条件,分析传动中内啮合齿轮副的应力/应变,进而分析内齿圈轮缘厚度对啮合特性的影响。结果表明,各均布行星轮的应力状况不尽相同,且呈现出边缘接触现象,可通过修形予以改善;增大内齿圈轮缘厚度可降低内齿圈及各行星轮的最大应力/应变,提高齿轮强度。     

基于ADAMS的双齿圈人字行星齿轮传动系统动力学仿真与故障特征分析

为研究双齿圈人字行星齿轮传动系统的动力学特性和故障机理,探明系统故障、元件支撑刚度与接触力的关联规律,使用SolidWorks建立双齿圈人字行星齿轮系统三维模型。基于ADAMS虚拟样机和赫兹接触理论,考虑摩擦系数,构建系统虚拟样机模型,研究人字行星齿轮传动系统运动学规律、健康或故障两种状态下的接触力频谱特性和考虑构件支撑刚度时的接触力变化规律。在接触力分析的基础上计算系统均载系数,分析系统的均载特性。结果表明:系统在运行过程中,行星轮存在较高的齿频振动,当发生断齿故障时,系统故障特征明显,均载系数呈倍数增大;构件支撑刚度对系统接触力和均载特性均有较大影响,考虑构件支撑刚度时系统的载荷分布更为均匀,很大程度上提高了系统的均载性能。研究结果对于故障诊断、改善系统动力学特性和实现系统的动态设计具有参考价值。     

工业机器人用渐开线少齿差行星齿轮接触强度分析

针对工业机器人用渐开线少齿差行星齿轮易产生接触疲劳、影响齿轮传动性能和使用寿命等缺点,以自主研发的某工业机器人关节减速器齿轮副为研究对象,分析了不同工况下渐开线少齿差行星齿轮的应力应变特性。基于赫兹理论,分析额定负载、极限负载、轻载3种工况下渐开线少齿差行星齿轮的应力应变;考虑齿宽、齿隙和表面粗糙度等因素,建立渐开线少齿差行星齿轮副精确实体模型,采用有限元法分析不同工况下渐开线少齿差行星齿轮的接触应力应变。将理论计算和有限元法的结果进行对比分析发现,两者具有良好的一致性。     

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.     

RV针摆传动齿面接触强度非线性分析

考虑摆线轮修形量、轮齿接触变形、针齿销弯曲变形的影响,利用赫兹理论计算了针齿与摆线轮不同啮合齿间的接触应力;基于摆线针轮行星传动的啮合原理,采用有限元法精确建立了RV第二级针摆啮合传动的有限元模型,根据针齿固定摆线轮输出的实际工况,对针齿壳外圈节点进行了全约束,采用刚性梁模拟行星架输出机构,使用刚性单元模拟偏心轴曲柄,采用铰链链接技术模拟曲柄相对摆线轮轴承孔的转动,对轴承孔的约束模拟轴承的实际工作情况,在输出机构质心点施加转矩载荷,进而进行摆线针轮啮合接触非线性分析,得到摆线轮的应力、应变云图.理论计算和有限元分析结果进行对比分析,为摆线轮的优化设计提供理论基础和有效的数值模拟方法.     

链条行星减速器齿形的干涉与修正

链条行星减速器是用廉价的标准滚子链条来代替行星传动中的内齿轮或针轮,用标准链轮来代替行星齿轮或摆线轮,以链条链轮啮合形式构成的一种廉价行星传动装置。本文着重阐吸这种行星减速器中的行星轮与链圈滚子之间的啮合干涉问题及其修正措施,使之成为一种有开发应用价值的性能良好、经济实用的新型减速机械。     

复合摆线少齿差行星传动的齿廓几何特性与啮合特性变化规律

针对摆线针轮少齿差行星传动的摆线针轮啮合角大、转臂轴承可靠性低与针齿均布位置精度要求高等问题,作者利用几何可控性较强的复合摆线构建少齿差行星内齿齿廓,提出一种新型高性能复合摆线内齿型少齿差行星齿轮副：基于传统摆线行星传动几何原理,提出复合摆线内齿齿廓曲线的几何设计方法,分析齿形调控参数c₂对复合摆线内齿齿廓曲线几何形状与曲率变化的影响规律;基于齿轮啮合运动学共轭原理,建立复合摆线内齿齿廓方程、齿轮副共轭传动啮合方程、少齿差行星共轭齿廓方程与啮合线方程;利用参量转化法分析复合摆线内齿齿廓的啮合界限特性;根据共轭齿廓出现奇异点的几何原理,推导其不发生根切的判定方程;研究该新型齿轮副的啮合线、重合度、压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性及其变化规律,提出诱导法曲率与滑动率的啮合区间敏感性分析方法。研究结果表明：复合摆线内齿齿廓存在啮合界限点,啮合界限特性与根切判定方程分别为新型齿轮副内齿齿根过渡曲线设计、共轭齿廓无根切设计提供了有效的理论方法;啮合线与重合度的分析表明该新型齿轮副具有多齿啮合特性;当新型齿轮副的齿数、偏心距、齿高和内齿分布圆半径确定后,c₂是唯一影响压力角、诱导法曲率与滑动率的齿轮参数,行星轮压力角的最小值与平均值随c₂减少而降低,在一个啮合周期内,c₂对诱导法曲率与滑动率的影响存在着不敏感与敏感区间,可忽略c₂对不敏感啮合区间诱导法曲率和滑动率的影响,敏感区间的诱导法曲率平均值、滑动率幅值与平均值均随着c₂减少而降低。相对于同参数的传统摆线行星传动,新型齿轮副在压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性方面具有传动优势,相应地,反应出其较好的多齿啮合特性、传力特性、润滑与承载特性及抗磨损特性,具有一定的工程应用价值。     

基于动力学特性优化的海上风电齿轮箱配齿研究

传统的风电机组齿轮箱配齿仅取决于行星级的同心、安装、邻接条件，而忽略了其对齿轮箱重量及动力学特性的影响。以某增速比为97的5 MW海上风电机组两级行星一级平行齿轮箱为研究对象，得到其减重优化后的各级增速比解耦区间；建立基于零阶优化算法的齿轮箱配齿方案及相应的齿轮箱Simpack虚拟样机；在额定转速工况下对齿轮箱均载特性、振动特性进行定量统计分析。仿真结果表明：当第一级太阳轮、行星轮、内齿圈齿数分别为29、28、85,第二级太阳轮、行星轮、内齿圈齿数分别为26、46、118,第三级大、小齿轮齿数分别为111、25时，齿轮箱行星级均载特性良好，高速输出轴传动平稳，为大型海上风电机组齿轮箱配齿设计提供理论支撑。     

CVT行星齿轮系统动力学特性研究

以某型汽车CVT行星齿轮系统为研究对象,基于非线性接触理论及Recur Dyn多体动力学软件建立了行星齿轮系统多体动力学模型。针对不同工况下行星齿轮系统可视化研究,分析了行星轮系在啮合过程中动态接触力及变化规律,验证了转速与交变载荷的周期性关系是影响轮齿正确啮合的关键因素。仿真分析表明,对于建立的行星齿轮系统可客观显示出各零部件动态特性,其仿真值与理论值相吻合,该研究成果可为齿轮的振动与冲击进一步分析提供一种切实可行的动力学基础。     

基于系统振动的啮合齿轮齿面上的相对滑动运动分析

以单级直齿圆柱齿轮传动为研究对象，建立了系统的数学模型．通过齿轮系统振动运动分析，论证了考虑系统振动时存在于啮合轮齿齿面间的相对滑动运动，在此基础上对比分析了考虑和不考虑系统振动时存在于啮合轮齿齿面间的相对滑动运动的特点．指出由于系统振动的原因，齿轮副的实际中心线不是固定不变的，而是以平面运动方式变化的，实际啮合点的轨迹(亦即啮合线)不是一条直线，而是一条曲线．当齿面磨损或胶合破坏始于齿高中部时，造成这种破坏的主要原因是齿轮系统的共振．     

基于Workbench的直齿轮模态与谐响应分析

为提高齿轮的接触性能,降低齿轮的失效形式,避免轮齿啮合过程中产生共振现象,利用三维建模软件Proe/E进行齿轮的参数化建模及装配仿真,保存副本IGES格式,利用Proe/E与Workbench接口导入到Workbench中,对啮合齿轮实体模型进行模态分析与谐响应分析。通过模态分析,研究啮合齿轮的固有振动特性,得到啮合齿轮前8阶振动固有振型与固有频率,进一步分析共振频率,避免发生共振现象。研究齿轮谐响应分析,在不同频率载荷激励下,得到齿轮啮合的频率响应曲线,分析静态负载、模态负载及阻尼对谐振响应的影响。     

考虑摩擦的磨损和修形齿轮啮合刚度计算

研究齿面偏差对齿轮啮合刚度的影响,对准确获得齿轮系统动态特性具有重要意义。本文基于改进能量法,提出了一个求解考虑齿面摩擦的直齿轮啮合刚度的完整模型。该模型通过齿廓的参数方程,实现考虑齿轮加工刀具圆角半径和齿面偏差对齿轮单齿啮合刚度的影响;通过齿形误差带来的齿间间隙和轮齿加载变形量的关系,求解出双齿啮合区齿轮副总刚度。分析了磨损齿轮和修形齿轮的啮合刚度、齿间载荷分配系数和传递误差。结果表明：齿面非均匀磨损量会显著降低双齿啮合区刚度并降低重合度,轻载条件下尤为严重;修形齿轮载荷大于修形设计载荷值时,修形效果不明显,而载荷小于修形设计载荷值时,可能出现刚度不足、重合度减小和加载传动误差显著增大等问题。     

考虑振动的内啮合齿轮副润滑特性分析

为探究动载荷作用下行星齿轮的热弹流润滑特性,综合考虑变位系数和时变啮合刚度的影响,基于动力学理论,建立行星齿轮系统的动力学模型,分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性.研究表明:与其它传动类型相比,采用正传动时,行星齿轮与内齿轮啮合时的润滑效果最佳,轮齿间可以形成较厚的润滑油膜,轮齿间的摩擦系数、油膜的最高...     

考虑多齿廓偏差的大重合度齿轮动态特性研究

齿廓偏差是引起传动系统产生振动和噪声的主要因素之一,为了有效探究齿廓偏差对大重合度齿轮动态特性的影响,本文在充分考虑参与啮合轮齿齿廓偏差特点的基础上开展了大重合度齿轮动态特性研究。通过分析大重合度齿轮的啮合特点,构建了考虑不同轮齿啮合状态的大重合度齿轮多齿动力学模型。在考虑齿廓偏差构成特征的基础上,利用齿面接触分析(TCA)方法对产生的啮合误差进行了求解,并将其求解结果引入到大重合度齿轮多齿动力学模型,形成了考虑多齿廓偏差的大重合度齿轮动力学特性分析方法。在充分考虑每对轮齿齿廓偏差的基础上,分析了不同因素对大重合度齿轮动力学特性的影响。结果表明,本文的研究方法能够充分考虑到参与啮合轮齿不同齿廓偏差带来的影响,为进一步提高大重合度齿轮动态特性分析的有效性提供了参考。     

一种新的齿轮失效数控演示台及其应用研究

介绍了一种新的齿轮失效数控演示台,阐述了其工作原理及其运行控制程序,并基于给定的失效齿轮形态,描述了不同失效单元对传动效率、频谱特性的影响.研究结果表明,断齿在时域表现为幅值很大的冲击型振动,其间隔频率等于断齿所在轴的转频;电机转速恒定时,随着载荷的增加,4种失效齿轮单元的啮合传动效率都随之增加;载荷恒定时,随着转速的提高,齿轮的啮合传动效率略有下降趋势;齿面均匀磨损钢齿比正常钢齿在啮合频率及其倍频处的振动幅值大.     

复合行星齿轮传动系统非线性动力学建模与振动特性

为了深入研究复合行星轮系的非线性特性,采用集中质量法建立了一种考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和齿轮副综合啮合误差的复合行星齿轮系统的非线性动力学模型.通过引入相对啮合位移、无量纲时间尺寸和激励频率对非线性动力学模型进行了无量纲处理,消除了系统的刚体位移.基于变步长Gill积分法编写了计算程序,求解了非线性微分方程组的动态响应.最后,综合运用时间历程图、相图、Poincaré映射和功率谱对各类响应进行了比较和分析,研究了系统在不同无量纲激励频率激励时所表现单周期、拟周期、多周期和混沌的非线性特性,结果发现系统蕴含了丰富的非线性特性,存在着拟周期通过锁相进入混沌的途径.     

风电齿轮箱多级行星齿轮耦合传动系统数学建模及振型

以风电增速箱载荷分流式两级行星轮系一级平行轴齿轮动力耦合传动系统为研究对象,计入多级藕合传动系统的轮齿啮合误差、啮合阻尼、啮合刚度、级间耦合刚度、组件的转动惯量等影响因素,采用集中参数法建立了多级耦合传动系统的动力学模型.根据风电增速箱三级传动系统的有关参数,进行了系统的固有特性研究,归纳总结了多级传动系统的振动模式.分析表明该系统具有8种典型振动模式,即一二级间耦合振动模式、二三级间耦合振动模式、三级间整体耦合振动模式、第一级行星齿轮重根振动模式、第二级行星齿轮重根振动模式、第一级行星轮系单级振动模式、第二级行星轮系单级振动模式和第三级平行轴齿轮单级振动模式,并且进一步研究了第一级行星架和第二级内齿圈间的耦合刚度对系统固有特性的影响.与单级行星轮系的振动模式相比,多级行星传动系统的振动模式更多样和更复杂.     

偏心误差影响下的斜齿轮摩擦激励计算方法

为了研究含偏心误差的斜齿轮副摩擦激励计算方法,建立单级含偏心误差斜齿轮副几何模型,推导斜齿轮副的动态啮合角、瞬态节圆半径以及瞬态传动比的计算公式.将单对齿接触线的长度变化过程以分段函数的形式表示,进而叠加求得参与啮合的各齿对接触线总长度,将各条接触线以节线为界分为2段,计算齿轮副齿面摩擦力及摩擦力矩,与未考虑偏心误差时斜齿轮副接触线长度、摩擦力及摩擦力矩进行对比分析.结果表明:当考虑偏心误差后,接触线长度、摩擦力及摩擦力矩都变得更加复杂,频域曲线在啮合频率处出现峰值,在输入及输出轴转频处出现峰值,在啮合频率两侧出现许多转频的边频,影响了传动系统的稳定性.