齿轮系统振动加剧齿轮磨损毁坏的机理分析

通过齿轮系统的振动运动分析，论证了不计系统振动和考虑系统振动时存在于啮合轮齿齿面间的相对滑动运动，揭示了系统振动加剧齿面磨损毁坏的机理。由于系统振动的原因，齿轮副的实际中心线和理论啮合线是以平面运动方式变化的，实际啮合点的轨迹是一条曲线，啮合点在齿高某些部位（一般是齿高中部）是以进两步退一步的往复运动方式向前移动的。啮合点的这种前进与后退的交替移动，一方面很容易破坏啮合齿面间的润滑油膜，使摩擦增大，另一方面大大增加了冲击作用，使载荷峰值大大增加，同时啮合齿面间的相对滑动距离也大大增加了。这几方面的综合效应必然导致相啮合齿面间发生剧烈滑动磨擦，从而引起齿面的过早磨损。     

齿轮传动转子系统弯扭耦合振动研究

为分析齿轮传动复杂轴系的振动问题,根据有限元法和拉格朗日法,考虑陀螺效应、油膜支承等因素,得到了转子-轴承系统的弯扭耦合振动模型;在此基础上,根据齿轮副运动过程中啮合刚度和啮合阻尼的变化,得到了齿轮副系统的弯扭耦合振动模型。然后,根据齿轮副的实际排列方式,引入方位角,使得转子模型与齿轮副模型坐标统一化,并将其耦合到一起,得到了更加接近实际的齿轮转子模型,并且计算了其临界转速和振型。研究结果表明,耦合后转子的临界转速低于单转子的临界转速,齿轮传动对转子轴系振动有着明显影响。     

随机风载下含裂纹故障风机增速箱动力学研究

裂纹故障会导致齿轮时变啮合刚度发生变化,进而引起系统振动响应改变.以风机增速箱为研究对象,考虑基圆和齿根圆不重合,采用改进能量法分别计算了各级齿轮副的时变啮合刚度,并计算、分析了太阳轮裂纹故障对啮合刚度的影响.风机增速箱运行于自然风载荷环境中,受时变转速和转矩激励,综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合误差等因素,利用集...     

一种平行轴圆截面线齿轮齿廓的构建方法

在空间曲线啮合理论的基础上,研究平行轴线齿轮的传动机构。以螺旋线为中心线,研究截面为圆时主动线齿的曲面方程,并以此构建主动线齿轮齿面齿廓。以同轴心的圆截面为从动线齿轮的齿廓截面,并根据从动轮中心线构建从动轮齿面方程。分析线齿轮啮合传动时主动线齿上的正反转接触线,并根据空间曲线啮合方程求出从动线齿的正反转接触线。此正反转接触线应满足从动线齿轮中心线构建的圆截面从动线轮齿面方程。可通过增加齿数提高其重合度以提高传动稳定性。通过建立线齿轮副3D模型并进行运动学模拟仿真实验,结果表明,此方法构建的平行轴圆截面线齿轮装配无法向侧隙,且传动过程无干涉,能够满足设计的传动比需求。     

制造误差分析及其对人字齿轮啮合性能的影响研究

制造误差是引起齿轮传动系统振动和噪声的主要原因之一,多种误差的合成更严重影响了齿轮副的啮合性能。主要研究了各类制造误差对人字齿轮副啮合性能的影响程度及规律。首先,建立了制造误差模型,并基于空间坐标变换原理构建实际齿面;其次,通过齿面载荷分布探究了不同误差对齿轮副啮合性能的影响规律,基于正交试验设计探究了不同误差对齿轮副啮合性能的影响程度;最后,分析了典型误差类型对齿轮副啮合性能的影响与系统负载的关系。结果表明,不同误差对齿轮副啮合性能的影响规律各不相同,其中,螺旋线正倾斜偏差在重载工况下对齿轮副啮合性能的影响最为突出。     

齿轮传动系统的动态模拟

针对齿轮副非线性振动问题展开研究,综合分析了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励对齿轮系统振动的影响。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度。在进行齿轮副非线性振动的分析时,综合考虑了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励等非线性因素,建立了齿轮副非线性动力学模型,采用变步长四阶Runge-Kutta数值积分方法求解了系统的动态响应。     

考虑齿厚偏差的圆柱齿轮副振动特性分析

为了研究齿厚偏差对圆柱齿轮副振动特性的影响规律,建立了考虑齿厚偏差的圆柱齿轮副啮合刚度和传递误差计算模型,分析了齿厚偏差对圆柱齿轮副啮合刚度和传递误差激励的影响;然后建立了考虑齿厚偏差的圆柱齿轮啮合副有限元模型,分析了齿厚偏差对圆柱齿轮副振动特性的影响。结果表明:随着齿厚偏差增大,齿轮副单齿啮合刚度降低,传递误差和啮合振动增大;随着螺旋角减小,齿轮副单齿啮合刚度逐渐降低,传递误差波动和啮合振动增大,同时齿轮副振动特性对齿厚偏差更加敏感;随着作用扭矩减小,齿轮副单齿啮合刚度降低,传递误差激励减小,啮合振动减小,同时齿轮副振动特性对齿厚偏差敏感性降低。     

基于齿面摩擦的直齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的直齿轮副6自由度弯曲-扭转耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立了系统的振动微分方程。依据接触线的位置,推导了齿面摩擦和摩擦力矩的数学表达形式。分析了齿面摩擦对系统周期振动状态、混动运动状态及分岔特性的影响。结果表明,齿面摩擦加剧了齿轮副的振动,且对垂直于啮合线方向的振动影响最为明显;齿面摩擦导致系统的混沌程度降低,且在一定情况下,系统的混沌吸引子可能转化为周期吸引子;齿面摩擦导致系统的分岔变得模糊,且导致系统提前进入混沌运动状态。     

直齿圆柱齿轮分度圆的裂纹损伤机理研究

针对齿轮分度圆位置长期处于交变载荷状态容易产生疲劳裂纹的问题,综合考虑齿轮、转子和轴承之间的耦合关系,建立了十二自由度齿轮—转子—轴承弯扭耦合非线性动力学模型,并分析了分度圆裂纹对齿轮副时变啮合刚度的影响。采用Runge-kutta法求解了齿轮传动系统的运动微分方程,获得了分度圆裂纹损伤状态下系统的动态响应,研究了系统动态响应中的无量纲参数指标。研究结果表明:当分度圆处存在裂纹损伤时,齿轮系统时—频域上均呈现相应的损伤特征,振动信号序列中的峭度指标、裕度因子、峰值因子和脉冲因子均随裂纹的加深而增大;研究可为分度圆处裂纹损伤的演化机理分析和齿轮故障诊断研究提供理论基础。     

齿轮-转子-轴承系统复合故障振动特性研究

针对齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时齿轮副振动响应,结合齿轮副模型和滚子轴承模型,基于拉格朗日方程建立了36自由度的齿轮-转子-轴承系统耦合振型,设定齿轮副主动轮剥落和轴承表面损伤复合故障,研究了复合故障下齿轮副的振动响应。结果表明,在健康的齿轮-转子-轴承系统振动响应下,系统振动时域幅值较为均匀,振动频谱主要为轴承外圈特征频率和齿轮副啮合频率;当齿轮副发生剥落单故障时,系统振动频谱上出现啮合频率与转轴频率调制生成的边频带;当齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时,系统振动时域上的振动幅值增大,振动愈加复杂,频域信号调制现象严重,而且调制生成的信号幅值增大,但在其振动频域上可以找到其故障频率以及调制生成的谐波频率,以此可以判断系统的故障类型。     

偏心渐开线齿轮传动的不等分模型及其数值解法

针对等分模型下配对齿工作齿廓出现实际啮合不会发生的齿廓交叉或者分离现象,根据渐开线齿廓啮合几何关系,提出一种不存在假设误差的偏心渐开线齿轮传动不等分模型,以奇数齿偏心齿轮传动为例,给出不等分模型数值求解的完整算法。根据内公切线与两轮配对齿工作齿廓的交点数不同,啮合点搜索算法能处理任意转角关系下连续转动的4种情形,能正确产生7种不同的配对结果。计算结果表明,几何中心连线与内公切线段的交点不相互等分两线段,啮合点不总是在内公切线上,和轴心距大小无关。当基准齿工作齿廓坐标点数为5 000点时,啮合点搜索的坐标控制精度可达到0.001 mm,转角误差精度可达到0.001°,计算方法可以得到非常精确的转角关系,可以为偏心齿轮传动的准确分析和优化设计提供依据。     

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。     

同向啮合共轭齿廓副参数化建模及特性分析

针对同向啮合共轭齿廓建立了以中心距、螺棱直径、螺槽直径及螺棱系数为参数的啮合线方程,并基于啮合线反转法建立了同向共轭齿廓副构造模型。通过仿真系统分析了同向啮合共轭齿廓副的啮合特性：自清洁楔角随啮合位置变化,瞬时啮合点处圆弧切线垂直于两螺杆中心连线,啮合点的瞬时相对运动速度最大且恒等于转速乘以中心距。研究结果为系统研究同向啮合共轭齿廓设计理论提供了新的途径。     

基于接触有限元的齿轮-转子系统动态特性分析

考虑齿轮-转子系统各部件的弹性,基于接触有限元理论提出一种能够高保真模拟齿轮副连续啮合过程的动态特性分析方法。该方法利用实体有限元进行系统建模,可体现各部件的结构特征;基于接触有限元进行啮合过程仿真,可模拟系统的时变刚度、啮合冲击等真实激励进而得到全面准确的响应信息。以一直齿轮-转子系统为例进行啮合过程的数值仿真,利用中心差分法求得系统各动力学参量在时域上的响应,通过中心距偏差、动态传递误差、动态接触力等参数分析系统的弯曲振动、扭转振动、齿轮副的啮合特性及其耦合关系。研究结果表明：考虑各部件尤其是转子的弹性后,系统的非线性振动特性显著,齿轮副啮合存在明显的双边冲击及脱啮现象。     

齿面误差激励对二级齿轮系统脱啮行为的影响

在考虑齿轮时变啮合刚度、阻尼、齿轮误差及齿侧间隙的情况下,建立了具有5自由度的二级齿轮传动系统的动力学模型。为了便于用算法分解算法求解,用多项式拟合齿侧间隙,而将啮合刚度、齿轮综合误差用Fourier级数表示。利用Adomian分解算法的思想,用AOM得到了系统对齿轮啮合误差激励的动力学响应。仿真结果表明,在研究的转速范围内,齿面误差激励会导致强烈振动;在低速齿轮对中,可能同时伴随脱齿对象,并导致较大的动载荷。当脱啮现象发生时,响应频谱变得复杂起来,并导致系统产生准周期运动。     

齿轮副端面重合度统一定义及其计算式

针对各种齿轮传动提出端面重合度的统一定义,并且推导其计算表达式,进一步讨论了渐开线齿轮副、微线段齿轮副和正弦齿廓齿轮副的端面重合度的计算问题。齿轮副的端面重合度定义为齿轮作用角（即一对轮齿从进入啮合到脱离啮合过程中齿轮所转过的角度）与齿轮的齿距转角的比值。根据齿轮啮合原理,由基本齿条的轮廓曲线能够获得其啮合线方程。根据所获得的啮合线方程,以及给定的齿轮副齿顶线方程,就能够根据本文的计算式得到齿轮副的重舍度。对于渐开线齿轮副,该定义与众所周知的“啮合线长度与基节之比”的结果相同。该定义同样适用于非渐开线齿轮副,例如微线段齿轮副、正弦齿廓齿轮副等,而且计算结果更可靠。     

考虑弹性变形的渐开线直齿圆柱齿轮传动比分析

文中利用有限元数值分析方法对渐开线轮齿的啮合过程进行分析,结果表明轮齿在一对齿啮合过渡为两对齿啮合、两对齿啮合过渡为一对齿啮合过程中皆可导致瞬时传动比的突变。文中工作对于高速重载齿轮传动设计具有指导意义。     

齿轮系统的拍击振动分析模型

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下，建立了单间隙齿轮系统拍击振动分析的集中质量模型，该模型具有3个转动自由度。利用碰撞动力学原理给出了齿轮副相互碰撞前后的速度映射关系。计算结果表明，当激励幅值较小时，齿轮副处于齿面啮合状态，系统表现为与激励周期相同的单周期振动；当激励幅值较大时，齿轮系统表现为时而齿面啮合、时而脱啮碰撞状态且无规律，为典型的混沌状态；当激励幅值很大时，齿轮系统处于非正常啮合状态且脱啮碰撞，系统呈周期或拟周期振动。