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。     

纯电动汽车高速斜齿轮传动振动特性分析

为研究高转速情况下时变啮合刚度和啮合冲击对斜齿轮传动振动特性的影响,以某纯电动汽车高速斜齿轮传动为研究对象,建立了弯-扭-轴动力学模型;采用改进的基于承载接触分析的计算方法获得时变啮合刚度曲线,并计算了啮合冲击时间及啮合冲击力幅值;分析了时变啮合刚度、啮合冲击以及两者综合3种激励条件下高速斜齿轮传动系统的振动特性。结果表明：时变啮合刚度激励下,在过共振区,转速变化对系统振动的影响不显著;啮合冲击激励以及综合激励条件下,系统振动随转速的升高而增大,与啮合冲击激励相比,综合激励下振动加速度增幅较缓。研究结果可为纯电动汽车高速斜齿轮传动的设计和工程应用提供参考依据。     

基于增量谐波平衡法的人字齿轮副非线性频响特性分析

建立了考虑时变啮合刚度、恒定间隙、动态间隙、静态传动误差和外部动态激励的人字齿轮副扭转动力学模型,采用增量谐波平衡法分别求解了恒定间隙和动态间隙下系统的频响特性,用Runge-Kutta数值法对计算结果进行验证,分析了时变啮合刚度、阻尼、静态传动误差及外载激励对系统幅频特性的影响.结果表明,系统中不仅存在着主谐波响应,而且存在着超谐波响应;时变啮合刚度、静态传动误差对系统幅频响应有激励作用,阻尼对系统幅频响应有抑制作用,改变外载激励对系统幅频响应状态变化的影响不大;相比于恒定间隙,增加动态间隙幅值能进一步控制齿轮系统的非线性振动.     

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。     

齿轮系统动力学模型内部激励参数的优化设置研究

时变啮合刚度与齿侧间隙是齿轮传动系统的主要内部激励源,决定了齿轮系统动力学的基本特点和性质。啮合刚度的时变性影响齿轮系统的稳定性、引起系统的参数共振,齿侧间隙则引起系统强烈的非线特性。考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等激励源,建立了齿轮系统非线性动力学模型,从模型参数设置合理性的新角度阐述时变啮合刚度、齿侧间隙对系统动态特性的影响。结果表明:在低速工运行况下,过度简化时变啮合刚度会扼杀由单双齿交替啮合而产生的振动冲击响应;此时齿轮处于单侧啮合状态,在建模时可以不考虑齿侧间隙的影响,以达到简化模型、提高求解效率的目的。而在较高速运行状态下,齿轮处于单边冲击或双边冲击状态,齿侧间隙引起系统强烈的非线性特性,建模时必须考虑齿侧间隙。     

不同重合度下系统参数对人字齿传动非线性动态特性的影响

重合度是反映齿轮副同时参与啮合轮齿对数多少的重要参数。合理选择适当的重合度可以改善传动承载能力并保证传动平稳性,从而提高齿轮传动系统的性能和可靠性。而分析不同重合度下系统参数对系统振动特性的影响,对优化传动系统性能、提高工作效率和降低故障风险具有重要意义。本文将轮齿啮合性能和动态特性相结合,首先,确定人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励,采用集中参数法建立复杂激励源下的人字齿轮副弯-扭-轴耦合非线性动力学模型;然后,对非线性动力学方程进行消除刚体位移和无量纲化处理;最后,研究了不同重合度下系统参数对系统动态特性的影响。研究表明,当重合度由2.72变为3.08时,齿轮副综合相对振动加速度均方根值均降低达40%左右。可见,增大齿轮副重合度能提高系统的稳定性。此外,随着系统参数变化,增大齿轮重合度能消除系统存在的跳跃现象,并降低跳跃和共振峰的幅值。     

牵引电机扭矩激扰的机车齿轮传动系统非线性特性

考虑牵引电机扭矩变化和轮轨黏着力波动等外部激励,以及齿侧间隙、时变啮合刚度和传递误差等内部激扰,采用集中质量法建立了某和谐号机车直齿齿轮传动系统的动力学模型。利用数值方法求解了电机扭矩变化时齿轮传动系统的动力学响应。结合分岔图、相平面图、庞加莱截面图、时间历程图、频谱图,分析了电机扭矩变化对系统非线性特性的影响规律,揭示了系统由单周期、多周期到混沌运动的非线性动力学演化机理。     

2-DOF汽车悬架系统非线性动力学分析

为了研究外部激励作用下悬架系统的动态特性,建立了考虑非线性弹簧力和非线性阻尼力的二自由度四分之一车辆动力学模型。采用增量谐波平衡法分析了激励比和非线性刚度系数对悬架系统的动态特性的影响,并得到了各次谐波响应的幅频特性曲线。研究结果表明,在不同的激励比和非线性刚度系数作用下悬架系统表现出超谐波共振、主共振、多解、硬式/软式非线性以及跳跃不连续等强非线性行为。与此同时,悬架系统的超谐波共振响应对激励比具有明显的敏感性。除此之外,各参数对系统的主共振峰值及硬式非线性具有较大的影响。在一定范围内减小激励比和增大非线性刚度系数能够有效地降低悬架系统的振动幅值。     

含柔性转子的齿轮-轴承系统动态特性分析

为了分析齿轮系统动力学中的全耦合振动,提出采用虚拟样机建模的方法,将柔性转子引入到啮合耦合系统中,考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙和轴承间隙的影响,建立齿轮-柔性转子-轴承系统虚拟样机模型,通过求解模型的动力学方程得到系统的非线性动力学响应。仿真结果表明:考虑柔性转子的耦合系统,啮合冲击峰值下降明显;转子柔性增加,齿轮低频扭转振动出现"拍"现象;高速轻载时啮合振动非线性特性增强;轴承间隙增大使啮合力振动幅值显著增大。     

高速列车传动系统动态特性分析

以国内现有高速车型为研究对象,综合考虑驱动系统齿轮传动刚度时变特性,实际列车牵引特性和基本阻力特性,通过建立高速列车三维动车动力学模型开展高速列车传动系统与车辆动力学相互作用的研究。齿轮啮合刚度时变特性使得齿轮传动内部产生激励,在刚度激励和啮入冲击激励作用下轮对垂向振动响应较大,但不影响轮对其它运动形态;由于轮轨接触的负斜率特性,仿真分析了轮对出现失稳振动后传动系统的响应,发现相对轮对旋转振动而言轮对纵向振动对列车驱动系统的影响更大,但这两种振动形态往往通过轮轨切向力耦合在一起。     

含摩擦的汇流传动齿轮非线性动力学分析

针对齿轮系统运行过程中具有非线性动力学特性，为研究齿面摩擦因数对系统动力学的影响，建立了一种考虑齿侧间隙，齿面摩擦力和时变啮合刚度等因素的三齿轮扭转振动模型。分析了布局参数对齿面摩擦力和时变啮合刚度的影响，研究了不同摩擦因数对系统动态响应的影响以及有无摩擦因数对系统混沌运动的影响，通过幅频曲线研究了系统的跳跃滞后现象和齿轮碰撞运动并分析了摩擦因数对它们的影响。结果表明，随着摩擦因数的变化，系统表现出同周期运动并存、不同周期并存和混沌等动力学现象，摩擦能导致混沌运动和跳跃现象提前并加大齿轮之间的碰撞运动。该结果可为汇流传动齿轮系统的非线性动态设计提供准确合理的理论参考。     

考虑构件偏心时磁场调制型磁齿轮传动系统的主共振

考虑磁场调制型磁齿轮传动系统中内转子偏心,建立了基于时变磁耦合刚度的参数振动动力学模型,采用多尺度法推导了内转子上转矩激励频率接近系统固有频率时的共振响应计算公式,分析了算例系统的主共振响应。结果表明:当转矩波动频率接近系统不同阶固有频率时,产生的共振振幅相差较大,且共振响应中只有一个自由度的振幅很大,而其他自由度振幅很小;系统响应中激励频率占主导成分,而激励频率与磁耦合刚度波动频率的组合频率对系统响应影响很小。较大的主共振会严重恶化系统动力学行为,对其进行研究可以为深入探索该系统的动力学特性、优化不同工况环境下的设计参数提供理论依据。     

变载荷激励下风电行星齿轮系统动力学特性

为了更准确地分析风电行星齿轮系统的动力学特性,在同时考虑风速变化和发电机电磁转矩变化引起的外部载荷激励,齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度以及行星齿轮啮合相位差等引起的内部激励的条件下,建立了风电行星齿轮系统的动力学模型。在此基础上,采用Runge-Kutta数值积分方法求解了某兆瓦级半直驱风电行星齿轮系统的动态响应,分析了上述激励对系统动态特性的影响规律。结果表明：外部变载荷的激励使系统的响应频率具有明显的低频成分,各构件的扭转振动位移与外部合力矩有相似的变化趋势;行星轮啮合相位差的激励使系统的结构频率成分增多且频率减小,增加了系统共振的可能性;轴承时变刚度使系统的高阶响应频率产生较大波动,增加了系统动态响应的复杂性。
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柔性支承的滑动轴承-刚性转子系统动力学特性分析

综合考虑滑动轴承油膜力支撑、柔性支承受外部激励等非线性因素的影响,建立一个两端柔性支承的刚性转子模型,运用4阶变步长Runge-Kutta算法对系统的动力学行为进行数值仿真,得到了刚性转子系统在不同外部激励幅值下随转速变化时的位移分岔图,以及特定参数下的相图、Poincaré映射图,直观揭示了系统的动力学特性.结果表明...     

考虑齿面摩擦的斜齿轮系统建模及动力学特性分析

为研究斜齿轮传动系统的动力学特性,根据单级斜齿轮副传动情况,建立考虑齿面时变摩擦的5自由度弯—扭—轴耦合传动系统动力学模型。依据重合度对啮合时间进行划分,由Buckingham半经验公式得到齿面摩擦因数随啮合点位置的变化规律。采用变步长Runge-kutta法对系统运动微分方程组进行数值求解,得到系统分岔图、最大Lyapunov指数、最大幅值云图和幅频特性叠加图,分析系统随激励变化的动力学特性。研究发现,系统在特定参数下发生强共振响应及幅值跳跃现象。     

基于谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动态特性

为揭示多间隙作用下Ravigneaux型复合行星齿轮传动系统的非线性动力学行为,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的系统纯扭转强非线性动力学模型。将齿侧间隙非线性函数表达为描述函数的形式,运用谐波平衡法(Harmonic balance method,HBM)将方程组转化为非线性代数方程组,使用逆Broyden秩1法进行迭代求解,得到系统的基频稳态响应。通过改变时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的大小,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。研究发现,由于齿侧间隙的影响,系统动态特性曲线出现幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统出现复杂的冲击现象;齿侧间隙、啮合刚度波动与误差波动的耦合使系统的非线性程度得以强化。基于描述函数的HBM法可用于求解更加复杂模型的基频稳态响应,为深入研究复合行星齿轮系统的动态特性提供了一种方法。     

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。     

具有动态侧隙的齿轮传动系统动力响应分析

综合考虑动态侧隙、时变啮合刚度、齿轮偏心和传动误差等非线性因素,建立齿轮 转子 轴承传动系统的非线性动力学模型。以分形理论为基础,引用尺寸一致性的Weierstrass-Mandelbrot函数模拟动态侧隙的变化趋势。利用4阶龙格 库塔法对系统的非线性动力学微分方程求解,探究动态侧隙对系统响应的影响。结果显示：综合对比定侧隙系统和动态侧隙系统,齿轮在扭转方向上振动幅值的波动较大,动态侧隙系统由准周期运动渐变为混沌运动,并且与动态侧隙曲线的复杂程度有关;齿轮在扭转方向相平面的轨迹随动态侧隙的标准差(standard deviation,简称STD)呈现出规律性变化;在系统振动响应频谱中,随着动态侧隙曲线的复杂程度的加剧,频率成分多样性增强,噪声频率的幅值逐渐增加,高倍频的幅值激增。     

含时变刚度和齿侧间隙的斜齿轮系统非线性振动分析

针对斜齿轮系统的扭转振动,在考虑时变刚度和齿侧间隙这两种非线性因素的条件下,建立了斜齿轮副的单自由度纯扭模型。分析了时变刚度和齿侧间隙的非线性特征,并给出了表征方法。对含非线性因素的动力学模型中进行化简求解,分析了齿宽对时变刚度的影响,结果表明,若齿宽使轴向重合度εβ为1(整数)时,时变刚度的幅值约为零。分析了齿侧间隙的大小对系统的影响,对于斜齿轮副,在间隙60μm时,系统振动随间隙增加几乎呈线性增加,当间隙再增大时,系统振动对间隙的变化不敏感。     

齿廓误差对齿轮时变系统拍击门槛转速的影响

建立了具有时变啮合刚度的二级齿轮系统的动力学方程式。用算符分解算法（AOM）研究了齿轮啮合误差和时变啮合刚度对拍击门槛转速的影响。结果表明,时变啮合刚度和齿面误差可以导致拍击;齿轮啮合频率、或者齿面误差频率等于派生系统的固有频率引起的共振是产生拍击的原因之一;低速端的齿面误差对系统拍击门槛转速影响较小,而高速端的齿面误差对拍击门槛转速影响较大;齿面误差对拍击门槛转速的影响不仅与自身的变化频率、幅值大小有关,更重要的是与时变频率及其组合频率有关。