考虑时变刚度与侧隙影响的非对称渐开线齿轮动力学特性研究

为获得更为准确的非对称渐开线齿轮动力学变化规律,将时变啮合刚度和齿轮侧隙两个因素引入传统齿轮副扭转振动模型,建立非对称渐开线齿轮的动力学模型;利用Runge-Kutta法求解该模型,获得时间历程图、相图、Poincaré映射图以及FFT频谱图,进而分析时变啮合刚度和齿轮侧隙变化时的齿轮动力学行为。研究发现,非对称渐开线齿轮的平均啮合刚度大于对称渐开线齿轮,具有更优的动力学性能;时变啮合刚度中的1阶谐波分量对动力学性能影响不大,但平均啮合刚度影响较大,且其与动力学性能之间呈现出非线性变化规律,即随着平均啮合刚度的增加,动力学特性由差变好,但继续增加后又变差,因此,需根据实际工况确定其最优值。随着齿轮侧隙的增加,动力学性能下降,与对称渐开线齿轮相同。该项研究对于扩充非对称渐开线齿轮动力学理论体系、提高其传动性能,具有一定的理论意义和应用价值。     

基于ADAMS的非对称渐开线齿轮动力学仿真

根据渐开线齿轮啮合原理,推导了基于某一坐标系统的非对称渐开线齿轮齿廓曲线方程。利用Autodesk Inventor软件的VBA二次开发技术,对非对称齿轮的三维实体模型进行了构建。通过对非对称齿轮动力学模型等价变换,利用ADAMS虚拟样机技术,对非对称齿轮动态啮合传动过程进行了仿真,并与对称齿轮仿真结果进行了对比研究。     

齿面摩擦和啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性的影响研究

针对双渐开线齿轮传动动态特性问题,通过建立双渐开线齿轮的有限元模型,综合考虑齿面摩擦与齿轮啮合刚度二因素,对双渐开线齿轮传动系统进行了有限元模态分析,运用响应曲面法研究了齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮振动变形和模态频率的影响;选取不同模态阶数对双渐开线齿轮传动系统进行了动态特性研究,分析了不同模态阶数下双渐开线齿轮的振动变形与模态频率变化状况。研究结果表明,随着齿面摩擦因数与齿轮啮合刚度的增加,不同模态阶数下双渐开线齿轮传动系统各阶振动变形与模态频率均显著增加,齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性有一定影响,在对齿轮传动系统进行动态特性研究时,必须对齿面摩擦与齿轮啮合刚度进行充分考虑。     

考虑时变摩擦系数的微线段齿轮系统动态特性分析

结合微线段齿轮的啮合特性,将其啮合过程离散化,建立了微线段齿轮6自由度啮合耦合动力学模型,模型中考虑了时变摩擦系数、时变的基圆和压力角等非线性因素。采用数值积分法研究对比了渐开线齿轮和微线段齿轮在不同工况下的动力学响应,结合频谱图和分岔图分析了参数对微线段齿轮横向振动的影响以及摩擦系数对系统稳定性的影响,并通过试验对比微线段齿轮与渐开线齿轮在实际运转过程中的振动情况。结果表明,微线段齿轮相比渐开线齿轮振动更小,系统稳定性更好,在中高速重载下优势尤为明显。摩擦系数对于微线段齿轮的振幅影响较小,但是增大摩擦系数会使系统提前结束混沌响应。微线段齿轮箱在实际运转过程中的误差和振动更小,性能更好。     

微线段齿轮啮合刚度及其参数影响规律研究

用有限元法研究了一种新齿形齿轮—微线段齿轮的时变啮合刚度,通过与渐开线齿轮的仿真对比研究,确定出微线段齿轮的时变刚度特性优于相同条件渐开线齿轮。同时,找出了微线段齿轮特殊参数对其啮合刚度的影响规律。这些发现为微线段齿轮参数优化提供了依据,也为微线段齿轮动力学研究提供了一些条件。     

平行轴线齿轮的啮合特性研究

研究了平行轴线齿轮的啮合特性,包括滑动率、啮合模型和啮合频率;并与渐开线齿轮固有的节点冲击、动态传动误差和啮合冲击等特性进行比较。理论分析结果表明,平行轴线齿轮可以从根本上消除节点冲击、时变刚度对齿轮传动振动和噪声的影响;同时,平行轴线齿轮受到的啮合冲击频率较低。仿真实验结果表明,平行轴线齿轮滑动率为0,且具有稳态啮合的特性。为平行轴线齿轮的振动和噪声研究提供了理论基础,为其在齿轮变速器减振降噪领域的应用提供了依据。     

非对称渐开线直齿圆柱齿轮动态特性研究

基于齿轮几何学及动力学理论,建立非对称渐开线直齿圆柱齿轮动态计算模型,并运用Matlab进行编程,对非对称渐开线直齿圆柱齿轮动态特性进行了研究。分析结果表明,非对称齿轮的啮合刚度高于对称齿轮但动态因数小于对称齿轮;随着齿轮压力角增加,啮合齿轮的重合度及传动误差不断减小,其动态因数也不断减小;随着齿根距离及压力角的增加,轮齿弯曲应力不断减小。     

基于虚拟样机技术的渐开线齿轮啮合摩擦动力学研究

基于虚拟样机技术,考虑齿轮啮合过程中摩擦力对接触碰撞力的影响,用ADAMS软件建立渐开线齿轮啮合的动力学模型,通过仿真分析得到与理论计算基本吻合的仿真结果,并对啮合过程中轮齿间摩擦力、摩擦因数、相对滑动速度的变化及相互关系进行研究。结果表明:运用虚拟样机技术可以实现对渐开线齿轮啮合的摩擦动力学研究,从而为进一步研究齿轮啮合摩擦学特性奠定基础,具有良好的工程应用前景。     

履带车辆齿轮传动系统非线性振动特性研究

以齿轮系统动力学和非线性振动理论为基础,针对具有齿侧间隙和时变啮合刚度的某履带车辆齿轮传动系统,建立单自由度齿轮系统非线性振动模型,通过数值仿真方法求解并分析在不同档位下的振动特性,并对其在某些变量参数下进行了振动特性研究,所得结果既反映了动力学性能,又为下一步进行多自由度齿轮系统的非线性振动研究提供了有力的依据.     

点线啮合齿轮与渐开线齿轮啮合特性对比分析

以点线啮合齿轮副与渐开线齿轮副为研究对象,建立两种啮合齿轮的仿真模型,综合对比分析了点线啮合齿轮与渐开线齿轮在啮合传动误差、齿面载荷分布、齿面滑动速度分布、齿面接触应力分布、齿根弯曲应力分布、啮合接触迹线分析等方面的啮合特性。分析得知,点线啮合齿轮在上述啮合特性方面明显优于渐开线啮合齿轮。研究为全面理解点线啮合齿轮的传动特性提供了理论依据,对其推广应用具有一定参考价值。     

Effects of dynamic transmission errors and vibration stability in helical gears

Transmission error is an important reason for instability in helical gears. A six-degree-of-freedom dynamic model coupled flexional, torsional and axial motion of a helical gear transmission system, which includes time varying mesh stiffness, bearing supporting stiffness, mesh damping and backlash, is developed, after taking into account the dynamic characteristics and vibration responses of helical gear in three dimensions. Influences of involute contact ratio, bearing supporting stiffness, mesh damping and backlash on the dynamic transmission errors and vibration stability of the helical gear system are investigated using numerical simulation technique. The effects on dynamic transmission errors and stabilities by contact ratio, supporting stiffness and mesh damping as well as gear backlash are analyzed. The intrinsic relationship between above parameters and dynamic transmission errors and stabilities for helical gear system are presented. The stable and unstable regions under different parameters are given. The results in this paper can be helpful to the dynamic and stable design of a helical gear transmission system.     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

渐开线直齿轮修形的有限元分析与研究

针对不同修形曲线对齿轮修形产生不同效果的问题,首先推导出了渐开线参数方程和修形曲线的齿廓参数方程,然后应用Pro/E建立了标准渐开线直齿轮与修形齿轮的三维模型,最后利用ANSYS Workbench的瞬态动力学模块对其进行了有限元分析;通过仿真得出了渐开线直齿轮和修形齿轮在啮合过程中的齿面接触应力的变化曲线.研究结果表明,在齿轮传动时的单双齿啮合交替时及啮入/啮出时,Walker修形曲线较直线修形曲线具有更好的修形效果,但同时两种修形曲线都导致了齿轮重合度的降低,增加了单齿啮合区,为修形齿轮的设计提供了数值实验依据.     

交错轴斜齿轮传动变齿厚技术现状与发展趋势

变厚齿轮技术是交错轴斜齿轮传动系统发展的主要方向。介绍了变厚齿轮传动的原理及其在交错轴传动中的应用,在分析国内外交错轴斜齿轮传动研究现状的基础上,探讨了开展交错轴变厚齿轮研究的发展趋势及要解决的关键技术问题,对研究新型交错轴传动形式及非渐开线空间变厚齿轮传动情况下提高系统承载能力、优化系统动态特性具有重要的理论意义和学术价值。     

直齿锥齿轮齿廓圆弧修形

以理论渐开线直齿锥齿轮修形减振为目的,用圆弧曲线对直齿锥齿轮进行齿廓修形,以减小齿轮传动误差和啮合刚度的波动为衡量标准,同时确保载荷变化呈平稳过渡。静态计算结果表明,齿廓圆弧修形齿轮具有较好的减振效果。     

含侧隙齿轮副的动载荷分析

以振动理论为基础，提出一种考虑齿轮拍击振动的齿轮动载荷的数值计算方法。建立计算动载荷的齿轮冲击模型，在模型中考虑了齿轮正、反冲击时实际的啮合刚度，并给出啮合柔度的计算方法。分析在考虑静态传递误差、啮合刚度、侧隙、摩擦力及外部扭矩变化等多种激励时，作用在轮齿上的动态载荷以及整个齿轮上的综合动态载荷的计算公式。最后通过实例分析作用在轮齿上的动态载荷、综合动态载荷变化规律以及相关激励参数对动态载荷的影响。     

基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动特性

为了分析基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动放大特性,针对高转速瞬态工况下斜齿轮齿面啮合-脱啮-齿背接触的齿面实际承载接触状态,建立了同时考虑啮合时间与齿面振动位移耦合机理的斜齿轮动态啮合刚度。在细化考虑齿背啮合机理、基于齿背实际啮合刚度的模型基础上,进一步建立斜齿轮啮合型瞬态振动模型,并在此基础上展开不同齿侧间隙以及齿背接触对系统瞬态振动特性影响分析研究。搭建封闭功率流式斜齿轮瞬态扭转振动测试试验台,对基于齿背接触刚度的斜齿轮瞬态振动特性进行了验证。该研究具有较好的理论研究意义,有利于斜齿轮传动系统在航空传动、新能源传动系统上的应用推广,进一步提升高转速齿轮系统的瞬态振动噪声品质。     

转炉减速器齿轮传动系统振动分析

通过建立齿轮振动弹性体模型,并确定转炉减速器主、从动齿轮无量纲系数,建立了齿轮动力学模型。在确保收敛精度的基础上,利用变步长四阶龙格库塔法数值计算方法,对转炉减速器主、从动齿轮的非线性弹性体振动进行了分析研究,比较了齿轮系统的速度和位移无量纲曲线。仿真结果为转炉扩容齿轮减速器计算提供了基础。     

齿轮系统动态传递误差和振动稳定性的数值研究

建立了计及轮齿时变啮合刚度、啮合阻尼、支承刚度和阻尼的齿轮系统扭转-横向振动耦合的3自由度动力学模型。用数值仿真方法,研究了重合度、支承刚度、啮合阻尼和支承阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响。研究结论对于高速、精密齿轮传动的动力学设计具有积极意义。     

Mesh relationship modeling and dynamic characteristic analysis of external spur gears with gear wear

Gear wear is one of the most common gear failures, which changes the mesh relationship of normal gear. A new mesh relationship caused by gear wear affects meshing excitations, such as mesh stiffness and transmission error, and further increases vibration and noise level. This paper aims to establish the model of mesh relationship and reveal the vibration characteristics of external spur gears with gear wear. A geometric model for a new mesh relationship with gear wear is proposed, which is utilized to evaluate the influence of gear wear on mesh stiffness and unloaded static transmission error (USTE). Based on the mesh stiffness and USTE considering gear wear, a gear dynamic model is established, and the vibration characteristics of gear wear are numerically studied. Comparison with the experimental results verifies the proposed dynamic model based on the new mesh relationship. The numerical and experimental results indicate that gear wear does not change the structure of the spectrum, but it alters the amplitude of the meshing frequencies and their sidebands. Several condition indicators, such as root-mean-square, kurtosis, and first-order meshing frequency amplitude, can be regarded as important bases for judging gear wear state.