基于时变啮合刚度与齿侧间隙的斜齿轮副动力学研究

为研究斜齿轮副啮合过程中螺旋角与驱动扭矩对斜齿轮副动力学特性的影响,建立了基于时变啮合刚度与齿侧间隙的斜齿轮副6自由度弯扭轴耦合动力学模型.利用斜齿轮副瞬时接触线,计算理论时变啮合刚度;结合齿侧间隙函数,通过4阶龙格库塔数值积分法,求解斜齿轮副的振动响应,分析螺旋角与工况对斜齿轮副振动响应的具体影响.研究发现,随着螺旋...     

斜齿轮时变啮合刚度改进算法及影响因素分析

在势能法基础上,基于切片积分原理,考虑齿根过渡曲线方程,提出一种改进的斜齿时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了真实齿根过渡曲线参数方程,修正了渐开线齿廓的积分区间,与有限元方法的对比结果验证了算法的有效性,减小了时变啮合刚度的计算误差。在此方法基础上,分析了齿宽、螺旋角、齿数和模数对时变啮合刚度的影响。结果表明,时变啮合刚度均值受齿宽影响较大,近似成线性关系;受螺旋角、齿数影响较小;螺旋角增大,均值以较小幅度波动性变化;中心距一定时,齿数增大,时变啮合刚度缓慢增大;齿轮参数改变会影响重合度;轴向重合度为整数时,时变啮合刚度波动值较小。     

考虑时变啮合刚度的风机传动链动态性能

针对大型风力发电机组齿轮传动链动态刚度引起的机组结构振动问题,综合轮齿弯曲变形、齿根过度圆角处的基体变形和接触变形等因素,建立齿轮时变啮合刚度的量化分析模型,并与有限元动态啮合模型对比验证理论模型的正确性。在此基础上考虑齿轮时变啮合刚度和轴扭转刚度推导1.5 MW风力机传动链的动态总刚度,用于分析传动链在动态刚度下固有特性变化规律及传动链临界转速对动态刚度参数的敏感性,量化显示动态刚度幅值变化引起的临界转速波动。研究表明,齿轮时变啮合刚度的波动会引起传动链临界转速的不稳定,增大时变刚度幅值会引起转子系统临界转速的升高,但总体上啮合刚度波动对临界转速的影响处于非敏感区。本研究对揭示风力机齿轮传动链的内部刚度激励机理和实现系统动态性能优化设计提供理论依据。     

斜齿圆柱齿轮啮合刚度波动的变化规律研究

运用有限元方法计算了不同参数斜齿轮副的啮合刚度及其波动值,总结了啮合刚度波动的变化规律。计算与分析结果表明,当齿轮参数改变时,重合度是影响啮合刚度波动大小的主要因素。当端面重合度或轴向重合度为整数时,接触线长度在啮合过程中保持不变,同时啮合刚度波动会出现极小值。该结论可以用来指导齿轮传动参数的优化选取。     

风电行星斜齿轮齿根裂纹对其时变啮合刚度的影响

以风电增速斜齿轮行星轮系为研究对象,运用非线性动力学理论和数值分析法计算齿根裂纹故障时斜齿轮副的时变啮合刚度。建立不同程度的齿根裂纹并分析其对斜齿轮时变啮合刚度的影响。经研究斜齿轮齿根裂纹分为贯穿性与非贯穿型,贯穿型裂纹在深度方向上用抛物线形式进行啮合,贯穿整个齿宽;非贯穿型裂纹在深度和齿宽方向上分别用抛物线拟合。共建立二十种不同形状的斜齿轮齿根裂纹。用刚度劣化率定量分析不同程度齿根裂纹对斜齿轮副啮合刚度的影响。分析表明：无裂纹斜齿轮副啮合时,时变啮合刚度是高低循环变化的,在高低变化之间刚度是线性递变。贯穿型裂纹比非贯穿型裂纹啮合刚度劣化更明显,单齿啮合时刚度劣化更为明显。裂纹在深度方向与宽度方向上延长相同百分比时,宽度方向上刚度劣化更明显。     

齿轮参数对内啮合斜齿轮传动振动特性的影响

本文运用三维有限元较全面地研究了齿数、模数、齿宽、螺旋角和变位系数等参数对内啮合齿轮副载荷分布、齿间载荷分配、刚度及计算振幅的影响。计算结果表明，随着螺旋角的增加，齿轮副的刚度值有所增加，而其计算振幅显著下降；变位系数对齿轮副刚度及计算振幅都将产生很大影响。文中还讨论了其他齿轮参数的影响并与ＩＳＯ标准进行了对比分析，得出一些规律性结论，从而指导内啮合斜齿轮副的参数设计。     

斜齿轮啮合显式动态模拟及结构参数对齿轮性能的影响研究

运用显式动力学分析方法,对斜齿轮副进行了啮合的动态模拟,对某啮合齿轮副结构参数中的变位系数和螺旋角的改变对齿轮啮合瞬态性能的影响进行了研究,通过动态模拟计算和分析,结果显示了结构参数的改变引起的齿轮啮合瞬态性能的变化趋势,在斜齿轮设计时,可为齿轮变位系数和螺旋角的选取提供一定的参考。     

基于轮齿载荷分析的斜齿轮最优螺旋角确定方法

以齿轮系统动力学理论为基础,提出了通过斜齿轮螺旋角的择优选取改善系统动态特性的方法。基于有限元理论得到了齿向载荷分布和齿间载荷分布规律,并与啮合过程中轮齿接触线的变化规律进行比较,得出了齿轮参数与轮齿载荷表达式。以接触线变化率最小为目标函数推导了斜齿轮最优螺旋角的计算公式,并通过比较不同螺旋角的啮合刚度,证明了计算公式的正确性,为斜齿轮设计参数的优化选取提供了理论依据。     

考虑安装误差的斜齿轮啮合刚度计算与分析

斜齿轮啮合刚度的分析计算是进行齿轮动力学研究的基础。根据齿轮啮合原理及坐标变换理论利用数值分析方法建立了含有安装误差的斜齿轮啮合有限元模型,提出了考虑安装误差时斜齿轮啮合刚度的有限元计算方法。将安装误差参数化,利用有限元软件仿真分析不同安装误差下斜齿轮啮合刚度的变化,用准静态过程模拟动态行为的方式,得到时变啮合刚度,分析了不同安装误差下时变啮合刚度波动的变化规律。分析结果表明,安装误差会降低啮合刚度,尤其是角度偏差影响更为严重,同时角度偏差对啮合刚度的影响具有一定规律的耦合作用。不同安装误差对啮合刚度的影响具有不同的规律,且轻载条件下的影响较重载明显。     

基于指数窗截取递推最小二乘法的齿轮啮合刚度辨识算法研究

齿轮在机械传动系统中有着广泛应用,由于齿轮啮合过程中参与啮合的轮齿对数周期变化,因此,齿轮啮合刚度为时变参数,在啮合时会产生啮合振动.当齿轮副出现齿根裂纹时,啮合刚度会减小,齿轮啮合产生的系统振动响应也发生改变,通过振动响应辨识齿轮啮合刚度能够监测齿轮副的健康状态.针对齿轮啮合刚度的时变特征,提出了基于指数窗截取递推最...     

基于全齿廓普遍方程的齿轮时变啮合刚度改进算法

时变啮合刚度是齿轮系统振动信号的最主要内部激励源之一,更是故障诊断机理研究的核心参量。针对传统能量法在齿根圆和基圆不重合时存在的问题,提出了基于齿轮全齿廓普遍方程的齿轮时变啮合刚度精确算法;该算法建立了以滚动角φ为统一变量的高精度全齿廓啮合刚度积分公式,并依据齿条刀加工原理明确了滚动角的取值范围。基于新算法研究发现,不同参数下的齿轮副在完整啮合周期过程中,啮合力对轮齿的径向作用存在拉伸区间和压缩区间两种情况,故提出轮齿拉压刚度的概念以更准确地描述轮齿刚度的组成成分,并研究了拉压刚度的齿轮参数临界值。     

基于Simulink三级行星轮边减速器动态特性建模分析

三级行星轮边减速器可负载运行且传递效率高，适合重载车辆使用，而被广泛应用。根据三级行星轮边减速器特点，对各级传递的传动比进行分析；基于石川公式法，对各级传动啮合齿轮的刚度进行分析；在传递比和刚度分析的基础上，基于Simulink建立三级轮边减速器动力学模型；选取驱动电机固定转速、波动转速等工况，采用相平面图和Poincare截面图法，对各级齿轮啮合进行分析，获取轮边减速器的动态特性。结果可知：机构在匀速运行工况下，各级传递啮合变形受到传递力矩的影响，各级传递啮合刚度在区间范围内波动，满足使用要求；齿轮副啮合变形大小由它传递的力矩决定，受齿轮啮合时变刚度影响在稳定值周围波动；机构的啮合刚度与系统的输入速度呈现正相关，同时啮合的变形量波形变化更加剧烈，其频率也更大；各级啮合齿轮副动态啮合形变虽然动态特性各不相同，但从相平面图和Poincare截面图判断系统各级齿轮传动的啮合形变是混沌的；实车测试和仿真分析结果误差控制在3%以内，表明模型分析的准确性和可靠性；分析方法和结果为此类设计提供参考。     

高速大功率人字齿轮传动的轴向振动特性研究

人字齿轮传动的轴向振动会引起轴向分力不平衡,啮合位置变化,箱体振动,可能会造成高速大功率人字齿轮传动的失效。根据人字齿轮传动的结构,将其视为两对斜齿轮窜动,采用集中参数法,建立了人字齿轮传动的动力学模型和振动方程。在考虑时变啮合刚度、传动误差、螺旋角误差和偏心误差等的情况下,对人字齿轮传动的强迫振动响应进行了数值求解,获得了人字齿轮传动的轴向振动位移,以及轴向振动位移随齿轮螺旋角误差的变化趋势,得出人字齿轮窜动的轴向振动主要是由于螺旋角误差以及时变啮合刚度造成的结论,为止推滑动轴承的刚度设计提供了基础。     

基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算

齿轮齿条传动是一种重要的机械传动方式,其内部时变啮合刚度是一种主要的激励源,对系统振动噪声水平有着重要影响。针对齿轮齿条时变啮合刚度高效、准确的解析计算问题,提出了一种基于势能原理的铰接支撑齿条与齿轮啮合刚度解析计算方法,计算获得了不同参数下的齿轮齿条时变啮合刚度,并利用有限元法验证了建立的解析计算模型的正确性。同时,利用建立的解析计算方法分析了垂向间隙、压力角、齿条长度等参数对齿轮齿条时变啮合刚度的影响规律。结果表明,建立的解析计算方法能够准确计算齿轮齿条时变啮合刚度,为齿轮齿条传动系统动态特性分析提供了理论支撑。     

齿轮故障对直齿轮副时变啮合刚度的影响研究

提出了一种基于计算机仿真的解析法,用于量化齿轮副在不同齿轮故障情况下的时变啮合刚度.齿轮故障在影响齿轮副传动的同时往往也伴随着刚度的降低,时变啮合刚度是状态监测和啮合齿轮副动态特性描述的一项重要参数,势能法是计算时变啮合刚度最常用的分析方法之一.采用势能法研究了含裂纹齿轮、断齿和齿面剥落等3种故障情况对于齿轮啮合刚度的...     

齿轮传动系统的参数稳定性及振动特性分析

考虑齿轮时变啮合刚度与齿侧间隙,建立齿轮副系统动力学模型。利用Floquet理论推导了参数激励作用下齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线。采用Newmark-β数值求解法对齿轮系统进行动力学仿真,研究了时变刚度、齿侧间隙、啮合阻尼对齿轮传动系统动力学特性的影响。研究结果表明:当参数激励的频率等于派生系统自由振动周期的2/n倍时,系统可能产生参数共振,随着参数激励频率的增加不稳定区域逐渐增大;齿侧间隙的存在则导致齿轮系统产生多值解和幅值跳跃等典型的非线性动力学特征;随着外部激励幅值和阻尼比增大及内部激励幅值的减小,齿轮系统的非线性振动特征逐渐减弱。     

基于Matlab的渐开线变位直齿轮时变啮合刚度计算分析

考虑齿轮真实的渐开线及过渡曲线方程,对齿轮进行精确建模,推导并利用Weber能量法计算了变位齿轮变形量,推导了刚度计算中涉及的载荷角β_j、压力角αk、旋转角tanαk同载荷点坐标XMj的映射关系,根据齿轮重合度,计算了齿轮啮合周期中单、双对齿轮交替啮合的区段边界;在此基础上,考虑齿轮副综合啮合效应,求解出齿轮副综合时变刚度。通过Matlab GUI编程,实现了齿轮参数化建模设计与齿轮时变刚度计算的有机结合。研究结果为进一步进行变位齿轮动力学研究提供了重要支撑。     

真实啮合状态面齿轮副时变啮合刚度计算及系统振动特性分析

为了获得面齿轮传动系统真实啮合状态的时变啮合刚度,提出一种能够综合考虑齿面修形和安装误差,运用面齿轮轮齿接触分析(TCA)及承载接触分析(LTCA)技术的时变啮合刚度精确计算方法。构建了面齿轮副的TCA和LTCA模型,采用有限元和数学规划的方法获得轮齿接触变形及齿轮啮合力,计算得到面齿轮副精确时变啮合刚度,进而研究了修形参数对面齿轮系统时变啮合刚度的影响规律;在此基础上,建立了考虑时变啮合刚度以及综合传递误差等内部激励的面齿轮传动系统动力学模型,仿真了精确时变啮合刚度激励下的面齿轮传动系统振动响应,为面齿轮传动系统的动态设计提供了理论参考。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

考虑时变摩擦的直齿轮副啮合刚度计算及其影响因素分析

针对直齿轮副啮合过程存在时变摩擦问题,建立直齿轮副啮合模型,推导齿轮副在啮合点处的相对滑动速度、卷吸速度、滑滚比、综合曲率半径及轮齿接触压力,研究单双齿交替啮合过程中单齿承载变化下的齿面摩擦因数变化规律。基于势能法推导计及时变摩擦的直齿轮副啮合刚度解析式,分析无摩擦力、定摩擦力和时变摩擦力作用下直齿轮副啮合刚度的变化规律,进而研究时变摩擦作用下齿轮模数、齿宽、压力角、粗糙度、输入转矩等参数对直齿轮副时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,时变摩擦因数在单双齿交替啮合区发生突变,在节点处趋于0;摩擦力作用下单齿刚度在啮入阶段将增大,啮出阶段将减小;定摩擦力作用使啮合刚度在节点处发生突变;时变摩擦力作用使啮合刚度在单双齿交替啮合处发生突变,在节点处与无摩擦时变化规律一致;齿轮副啮合刚度随模数、齿宽增大而增大,随压力角增大而减小;啮合刚度变化量随齿面粗糙度增大而增大,随输入转矩增大而减小。