直齿行星齿轮动力学建模与分析研究

建立了直齿行星齿轮的动力学模型.其中,齿与齿之间的啮合非线性由弹簧-阻尼器-间隙-啮合误差环节模拟.提出了一种以行星轮转角为变量的时变啮合刚度与时变啮合误差表达形式,解决了变转速下行星齿轮动力学模型的描述和求解问题.通过对动力学模型进行求解,分别研究了转速、齿侧间隙、啮合误差和负载等重要参数对行星齿轮动力学特性的影响.     

双周期参数系统的受迫振动响应

谐波减速器在制造过程中,如果柔轮齿与刚轮齿引入了周节累积误差,则谐波减速器在动力传递中将出现双周期时变扭刚度波动,形成双周期参数振动问题.本文引入基于组合频率的二重三角级数,逼近双周期参数系统受迫振动,应用谐波平衡,得到不含时间变量的谐波系数递推式,形成三维矩阵代数方程;采用矩阵降维法,将三维矩阵代数方程转化为两维矩阵代数方程,实现响应谐波系数的求解.研究结果对双周期参数振动中响应预测问题研究和工程应用具有一定的理论指导意义.     

考虑齿轮啮合激励的齿轮传动轴系扭振特性分析

在传统齿轮传动轴系扭转振动计算中,将齿轮副简化为单一惯量而忽略齿轮啮合动态激励,会导致轴系扭转振动特性分析的结果不能正确描述轴系实际工作状态.本文以齿轮传动轴系为对象,考虑齿轮啮合的动态特性,建立轴系扭转振动当量模型.对齿轮啮合时变刚度和啮合激励力进行Matlab数值模拟.将Newmark逐步积分法应用于轴系扭转振动强迫振动响应的计算中,计算在齿轮啮合动态激励扭矩和外加负载扭矩的分别作用和共同作用下的轴系扭转振动响应情况,比较分析结果,说明了齿轮啮合动态特性是轴系扭转振动的重要激励源而不可忽视这一事实.     

相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性.以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同.论文从转子动力学角度研究了齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据.     

双不确定参数作用下双稳态能量采集系统的随机响应分析

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明：计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.     

纯电动汽车高速齿轮传动全工况抑振修形方法

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明：计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.     

基于接触有限元法的齿轮多齿时变啮合刚度数值分析

针对传统齿轮刚度计算中,无法准确考虑齿轮啮合时由接触和惯性因素引起变形的问题,采用接触有限元法计算齿轮的多齿时变啮合刚度,并将计算结果分别与石川法和改进石川法的计算结果进行比较.在计算中采用参考单元辅助解决动态分析时无法提取各子步接触变形的问题.结果表明,接触有限元法与石川法的计算结果较吻合,最大值相差12.4%;与考虑轮体变形的改进石川法相比更加吻合,最大值相差10.2%;该方法计算的刚度曲线反映出由接触变形而导致齿轮实际重合度小于理论重合度的现象,计算结果较石川法和改进石川法更能反映真实情况。     

基于齿轮动态激励和弹流润滑的多目标优化

依据齿轮啮合动态激励基本原理和弹性流体动力润滑理论,建立同时追求 齿轮啮合时变刚度激励最小、齿间最小油膜厚度最大（倒数最小）及齿轮传动总体积最小的 约束多目标优化设计数学模型。对现有的用于两目标优化设计的粒子群优化方法加以改进, 给出了约束3 目标优化设计方法。利用Matlab 编制优化程序,并对范例进行分析计算。优 化过程及结果表明,采用较多的齿数,在小于1 的范围内采用较大的正变位系数,适度采用 较大的压力角可以增大轮齿啮合综合刚度谱图中基频谐波的幅值,有效地提高齿轮传动系统 抵抗内部激励振动的能力及性价比。     

A new kind of spherical gear and its application in a robot's wrist joint

The meshing principles and the manufacturing methods for spherical gears with concave cone surface teeth are presented in this paper. The profile of the convex teeth of this kind of gear is analyzed and calculated. The theoretical feasibility of this kind of gear is proven by the analysis of the profile, contact ratios and undercut. It makes the process of manufacturing easier than before, improving the manufacturing precision and simplifying the manufacturing process. This paper introduces the theory and manufacturing method of concave tooth profile, that is spherical cone gearing. The analysis and calculations on the convex tooth profile engaging with the concave cone tooth is also proved.     

多级平行轴齿轮传动系统动力学仿真

为分析多级平行轴齿轮传动系统内部难以直接测量的振动信号,建立了4级齿轮传动系统非线性动力学46自由度仿真模型,并基于势能法对时变啮合刚度进行精确求解,采用4阶Runge-Kutta法对集中参数模型进行Matlab编程,进而分析时变啮合刚度对模型响应结果的影响.基于分析结果,探究了引起多级平行轴齿轮传动系统振动的重要原因.同时,通过模型振动时域响应及频谱分析,发现各级传动齿轮之间存在耦合振动现象,能够为实际多级平行轴齿轮传动系统健康监测与故障诊断提供理论支撑与科学指导.     

三维环境下高阶椭圆齿轮副的运动仿真

依据非圆齿轮传动特性,确定啮合齿轮在非圆节曲线上的位置及传动关系式,给出了非圆齿轮三维建模设计方法。利用Visual Basic语言对三维软件Solid Edge进行二次开发,实现了三维环境下椭圆齿轮参数化设计及运动仿真,能直观的观察到齿轮副的啮合状况。系统运行效果良好,为非圆齿轮传动三维设计提供了一种方法.     

随机齿侧间隙下行星齿轮系统的修形方法研究

建立一个包含随机齿侧间隙、摩擦、时变啮合刚度等影响齿轮振动因素的行星齿轮系统动力学模型.使用非线性动力学方法对系统进行求解,并分析激励频率对系统的影响.提出修形的主动降噪措施对系统进行改进,重新计算行星齿轮系统的动力学方程.求解并分析激励频率对改进之后系统的影响,并和原始系统得到的结果对比,可以看出修形对于齿轮系统的减振是有效的.     

人字齿轮啮合刚度计算与齿面载荷分布研究

为了精确地进行人字齿轮的强度计算和动态特性分析,首先建立了渐开线真实齿廓的人字齿轮三维模型,提出了一种基于有限元方法和齿轮啮合原理的准确计算人字齿轮啮合刚度和齿面载荷分布的有效方法.方法利用有限元方法计算齿面柔度系数,考虑了齿轮的动态啮合过程.运用该方法计算了一对人字齿轮模型,最后分析了斜齿轮和人字齿轮啮合刚度的关系,得出了斜齿轮和人字齿轮啮合刚度近似相等的结论,为后续的动力学分析提供了准确的刚度激励.     

Precise Design and Stress Analysis of Straight Conical Gear

1 Introduction Straight conical gears are widely used in power transmission between perpendicular shafts. In the last few decades, there has been a growing interest in conical involute gears. Apart from being frequently used in anti-backlash schemes, they are, according to Mitome, also used as reduction gears[1], miter gears, trimming gears and differential gears. The conical involute gear, which is also called beveloid gear by some authors, is an involute gear with tapered tooth thickness, t…     

求解面齿轮啮合轨迹的新方法

根据面齿轮传动的点接触原理,提出一种求解面齿轮啮合轨迹的新方法,假设小齿轮、刀具、面齿轮三齿面同时啮合,通过求解小齿轮一刀具接触线和面齿轮一刀具接触线的交点,以确定它们在固定坐标系下的啮合线,从而反求面齿轮和小齿轮齿面上的啮合轨迹;通过MATLAB的数值计算功能,利用新方法求解了面齿轮传动的啮合轨迹,并与轮齿接触方法(TCA)求得的面齿轮啮合轨迹进行对比,发现结果一致,证明了方法的可行性;对安装误差下的面齿轮传动进行了分析,研究了不同安装误差对面齿轮啮合轨迹的影响.     

RV 减速器针齿受力分析及设计改进

RV(Rotor Vector)减速器是一种工业机器人关节高精密减速传动装置,通常由第一级渐开线行星传动机构和第二级摆线针轮传动机构组成。该研究工作基于针齿理论受力模型,参照针齿的实际磨损情况,对传统针齿受力分析方法进行了改进。通过改进方法分析发现针齿上存在明显的剪切力和弯曲应力分布,为了消除相关应力影响,该文采用短针齿取代传统长针齿。实验结果显示,新的设计方案不仅能够有效减少剪切力和消除弯曲应力,而且能够显著减少啮合时打滑现象的发生,具有更高的安全系数。     

Gear dynamics monitoring using discrete wavelet transformation and multi-layer perceptron neural networks

This paper presents a multi-stage algorithm for the dynamic condition monitoring of a gear. The algorithm provides information referred to the gear status (fault or normal condition) and estimates the mesh stiffness per shaft revolution in case that any abnormality is detected. In the first stage, the analysis of coefficients generated through discrete wavelet transformation (DWT) is proposed as a fault detection and localization tool. The second stage consists in establishing the mesh stiffness reduction associated with local failures by applying a supervised learning mode and coupled with analytical models. To do this, a multi-layer perceptron neural network has been configured using as input features statistical parameters sensitive to torsional stiffness decrease and derived from wavelet transforms of the response signal. The proposed method is applied to the gear condition monitoring and results show that it can update the mesh dynamic properties of the gear on line.     

机器人柔性关节准椭球面齿轮传动—节曲面的优化设计

本文针对“东方”喷漆机器人柔性关节上装用的球面齿轮传动装置存在的问题,研制出了一种新型的可实现精密全方位变传动比的准椭球面齿轮传动.本篇依据空间双自由度啮合条件,对准椭球面齿轮的传动比函数及节曲面有关参数进行了优化设计.     

Application of modified geometry of face gear drive

An enhanced approach for the application of longitudinal plunging in the manufacturing of a double crowned pinion of a face gear drive has been investigated, with the purpose of reducing the sensitivity of the gear drive to misalignments. The process of manufacturing is based on a modification of the movements applied to the grinding disk during the generation of the surfaces of the pinion, consisting in the introduction of a tilt of the plane that contains the planar trajectory performed by the center of the disk. Tooth contact analysis and stress analysis have been considered to simulate the contact and meshing of the gear tooth surfaces and to calculate the evolution of contact and bending stresses of the gear drive along the cycle of meshing. The performed research proves that an appropriate choice of the machine tool settings permits the avoidance of edge contact, in presence of misalignment as well, without a high reduction of the contact ratio. The results are illustrated with numerical examples.     

基于最大Lyapunov指数的行星齿轮传动系统混沌特性分析

为了分析行星齿轮系统的混沌特性,基于集中参数理论,考虑时变啮合刚度、齿隙和综合啮合误差等非线性因素,建立行星齿轮系统扭转振动模型.采用Runge-Kutta数值解法求解振动方程,利用分岔图和最大Lyapunov指数图分析系统随各种参数变化的分岔与混沌特性.数值仿真得出:随激励频率的增加,系统首先从周期运动进入阵发性混沌,再通过逆倍化分岔由混沌回到周期运动,之后再次通过跳跃激变和倍化分岔由周期运动进入混沌运动,最后通过逆倍化分岔稳定到1周期运动.随阻尼比的增加,系统通过逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.随综合啮合误差幅值、齿隙和刚度幅值分别增加的三种情况下,系统都是通过倍化分岔由周期运动进入混沌运动.随荷载的增加,系统通过跳跃激变和逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.以上分析结果可为行星齿轮系统参数设计提供理论依据.