基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析

面向斜齿轮时变啮合刚度(time varying meshing stiffness, TVMS)精确求解问题，提出基于切片思想及切片耦合理论的斜齿轮啮合刚度计算方法。将斜齿轮沿齿宽方向等效为若干切片，每个切片等效为直齿轮，切片耦合作用等效为弹簧模型；设计了一种数值求解方法计算斜齿轮时变啮合刚度；然后，以一对斜齿轮副为例，分别使用有限元法、切片耦合法、切片无耦合法分析了斜齿轮时变啮合刚度。结果表明，切片耦合斜齿轮时变啮合刚度模型能够准确地模拟仿真斜齿轮时变啮合刚度特性，而切片无耦合斜齿轮时变啮合刚度模型在双齿过渡区不能准确地模拟斜齿轮啮合刚度。     

斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证

为准确建立斜齿轮动力学模型,更好分析斜齿轮系统振动特性,提出基于轮齿承载接触分析、考虑齿轮轴扭转变形的轮齿啮合刚度计算方法。分析国内文献普遍采用的基于啮合刚度分解建立斜齿轮动力学模型,指出其与理论力学相悖之处,提出基于力、振动位移分解法建立综合考虑时变啮合刚度激励、啮入冲击激励的斜齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。以某斜齿轮副为例进行的仿真计算结果表明,基于承载接触分析的轮齿啮合刚度计算方法能准确、方便求得轮齿啮合刚度,文献[8]动力学响应结果与理论实际存在明显差别,而基于力、振动位移分解法的响应则能与理论实际较好吻合。     

齿轮副动态啮合特性的接触有限元分析

齿轮副动态啮合特性对齿轮系统振动机理研究及动态设计都具有重要意义,而它又与齿轮副啮合位置变化、受载弹性变形及滑动摩擦等因素密切相关。本文首先建立了精确的啮合齿轮副有限元分析模型,并在此基础上提出了一种可综合考虑齿轮副连续弹性啮合过程中多种影响因素的接触有限元分析方法。然后,利用本文提出的方法分别研究了考虑滑动摩擦、齿廓修形及时变刚度等因素的齿轮副低速和高速工况下连续弹性啮合过程的动态啮合特性。研究表明：本文提出的分析方法不但可以有效研究由滑动摩擦引起的节点冲击激励,以及齿廓修形设计对齿轮副啮入、啮出冲击激励的影响,而且还能有效分析具有时变刚度激励的齿轮副参数振动响应特性,可为齿轮副动态啮合特性分析提供有效的分析工具。     

支承刚度和啮合间隙变化时弧齿锥齿轮传动系统的分岔与混沌行为

建立了弧齿锥齿轮传动系统的8自由度间隙非线性动力学模型,考虑了齿轮副的时变啮合刚度、传动误差和啮合间隙.以支承刚度和啮合间隙为分岔参数,计算得到了系统的动力学分岔特性和混沌形态,分析了参数变化时系统响应在周期运动与混沌运动之间的转化过程及啮合间隙变化对系统动态传递误差和传动平稳性的影响.研究结果表明,在支承刚度较小时,系统随支承刚度的变化经倍周期分岔由周期进入混沌,经倍周期或拟周期倒分岔由混沌进入周期.支承刚度较大时,系统随支承刚度的变化经倍周期或者拟周期分岔由周期进入混沌,经拟周期倒分岔由混沌进入周期.随着啮合间隙的变化系统经倍周期分岔由周期进入混沌,经倍周期倒分岔由混沌进入周期.     

内平动齿轮副啮合综合刚度与系统的分岔特性

用机构反转法将内平动齿轮副转化为定轴齿轮副,然后用有限元方法分析了该内啮合定轴齿轮副的啮合综合刚度,并使用FFT变换得到其频谱特性,进而得到了内平动齿轮副的啮合综合刚度的频谱特性,在此基础上,考虑了齿侧间隙的非线性因素,进一步得到存在多齿接触的时变啮合刚度下内平动齿轮副的运动微分方程。然后,用经典的显式四阶Rouge-Kutta法对系统的各个参数进行了数值计算,得到系统的参数分岔图,并分析了各参数对系统动力学行为的影响。为内平动齿轮副的设计参数选择提供理论依据。     

基于接触有限元的斜齿轮副啮合动态响应及频谱特性分析

基于ABAQUS商业有限元软件,采用三维接触有限元方法,建立考虑轴及轴承刚度的一对斜齿轮副-轴-轴承系统动态啮合有限元模型。分析齿轮副在仅释放从动轮旋转自由度、释放从动轮所有自由度、在从动轮中心施加轴向静推力3种工况下的啮合动态响应。对响应中的角速度、角加速度、法向动态接触力开展频域特征分析,相较于现有研究获得详细的频谱特性、幅值特性。研究结果表明,考虑轴与轴承刚度后,齿轮副的振动响应加剧;响应的频域中呈现以啮合频率为载波频率、以从动轮转频及其倍频为调制频率的调制现象。     

基于Prohl-Myklested方法的汽车变速器斜齿轮传动系统建模及非线性分析

针对变速器斜齿轮传动系统盘与轴横截面变化不大特点,基于改进无质量弹性轴当量抗扭刚度计算式的Prohl-Myklested方法,将该系统简化为较少自由度的集中参数模型,并仿真验证。获得圆盘两端轴段抗弯刚度不同情况的盘-轴系统刚度矩阵计算公式,建立具有各轴抗弯抗扭刚度不同、两端集中质量、非对称弹性支承特点的斜齿轮转子系统运动微分方程。计算传动系统非线性特性。结果表明,采用改进的Prohl-Myklested方法对汽车变速器传动系统进行降维处理模型能准确反映系统动力学特性;齿侧间隙、时变啮合刚度耦合作用导致系统产生复杂非线性现象,提取出齿侧间隙过大时故障特征,为该类齿轮系统故障诊断提供依据。     

考虑易损件的斜支承包装系统振动特性的研究

以考虑易损件的斜支承包装系统为研究对象,建立了系统无量纲非线性动力学方程,利用龙格-库塔法对易损件振动响应特性进行了数值分析。讨论了系统支承角、系统频率比以及系统质量比等对易损件加速度及位移响应的影响规律。研究结果表明:系统支撑角、系统频率比等对易损件加速度及位移响应影响显著;随系统支承角的减小,易损件加速度及位移响应幅值减小;增加系统频率比可使易损件加速度及位移响应幅值明显降低;低频率比条件下,增大质量比可抑制易损件加速度及位移响应幅值。研究结论可为斜支撑减振系统的设计提供理论依据。     

误差齿面下直齿轮副内部激励及动态特性分析

基于齿轮加工、安装误差的分布规律,建立了渐开线直齿轮的误差齿面模型,提出了适用于该误差齿面模型的齿轮承载接触分析算法,研究了不同误差对直齿轮副内部激励的影响规律;建立了直齿轮副弯扭耦合动力学模型,分析了不同误差下齿轮系统的动态特性。研究表明：加工误差中,齿距偏差是齿轮副内部激励的主要影响因素;齿距偏差作用下,综合啮合误差呈阶跃变化,当阶跃值超过一定范围后时变啮合刚度发生突变;安装误差影响下,综合啮合误差为一定值,时变啮合刚度随中心距和轴线倾斜误差的增加而减小;为减小齿轮系统动态传递误差的峰峰值,齿距偏差应根据载荷大小合理分配,同时应避免由轴线倾斜误差导致的偏载现象发生。     

矩形脉冲激励下斜支承弹簧系统冲击特性的研究

以斜支承弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性动力学方程,利用龙格-库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统支撑角作为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了脉冲激励幅值以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,脉冲激励幅值、系统支撑角、系统阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加系统阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为斜支撑弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

制造误差影响齿轮副啮合的接触有限元分析方法

制造误差是影响齿轮副啮合的重要因素,研究其作用机理对齿轮的减振设计具有重要意义。首先基于几种典型制造误差的结构形式提出了一般的精确建模方法,以一对渐开线直齿轮为例,利用接触有限元分析方法对啮合过程进行仿真,发现理想齿轮副和含误差齿轮副啮合过程中的角速度、动态接触力特性表现出显著差异。然后进行单项误差影响齿轮振动的机理研究,分别以齿廓误差和齿距误差为对象,利用傅里叶变换量化分析了不同加工公差等级下的单项制造误差对齿轮副动态传递误差、角加速度特性的影响规律。研究表明:所提出的建模方法可以模拟任意形式的微小量级的制造误差,并体现在接触有限元分析中。不但能够用于精细化研究制造误差对齿轮副啮合过程的影响,还可以通过量化各项啮合特性分析单项误差影响齿轮振动的作用机理,并指导齿轮的减振设计和精度设计等。     

圆柱斜齿轮齿面接触动应力计算与分析研究

为了有效计算动态工况下斜齿圆柱齿轮副的齿面接触应力,建立了考虑时变啮合刚度激励和啮入冲击激励的滚动轴承支撑的斜齿圆柱齿轮副啮合型弯-扭-轴耦合六自由度振动模型,通过其计算了齿面啮合动载荷。提出了综合考虑轮齿动载荷、齿间载荷分配系数以及齿面赫兹接触的斜齿圆柱齿轮齿面接触动应力计算方法,同时也利用Abaqus有限元软件动力学模块分析了齿面接触动应力。分别计算了800 N·m、1 200 N·m、1 600 N·m三种负载扭矩下的齿面接触动应力变化过程,基于承载接触分析法的最大接触应力与AGMA标准计算值最大相差为11.6%,基于Abaqus有限元法的最大接触应力与AGMA标准计算值最大相差13.8%,而两种方法的齿面接触动应力变化曲线最大偏差11.3%,从而证实了本文提出的斜齿圆柱齿轮齿面接触动应力计算方法合理有效。     

多载荷工况下人字齿轮传动系统振动特性分析

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿啮合刚度,建立了考虑时变啮合刚度激励、啮合冲击激励和齿侧间隙激励的人字齿轮系统十二自由度啮合型弯—扭—轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,研究了多载荷下人字齿轮左端啮合副周向的振动特性,结果表明,外载荷的增大使得啮合刚度激励和啮合冲击激励下系统的振动均增大,且啮合冲击激励对外载荷的敏感性高于啮合刚度激励,而齿侧间隙激励下系统的振动则随着外载荷增大而减小。同时,啮合冲击激励对系统振动的影响随着载荷增大而增大,而啮合刚度激励和齿侧间隙激励则随着载荷增大而减小。     

立磨减速机斜齿轮副啮合性能分析及齿形优化

齿轮运转过程中,偏载会影响齿面啮合性能,降低齿轮的寿命,因此,需要减小偏载带来的不利影响.利用Romax软件的微观几何设计功能,以传动误差的波动值最小为目标函数,以齿廓的修缘量和起始角、齿向的偏斜和鼓形量为设计变量,对立磨减速机平行级斜齿轮副的修形参数进行优化,以寻找最佳修形量.对比发现,修形后齿轮副的传动误差、单位长度的法向载荷、最大接触应力以及轮齿所受载荷均有较大改善,优化效果较为明显.齿轮微观几何设计可有效解决偏载,改善轮齿的啮合性能,提高传动的平稳性.     

考虑齿距累积误差的人字齿轮系统动态特性分析

基于Timoshenko梁理论和有限单元法,引入时变啮合刚度和综合啮合误差,建立了人字齿轮系统动力学模型,研究了齿距累积误差对人字齿轮系统动态特性的影响。研究表明:齿距累积误差使动态传递误差出现显著的轴频成分和调制边频带。当负载扭矩较小时,边频成分大于啮合频率及其倍频成分,随着负载扭矩的增加,啮合频率及其倍频成分逐渐增强。当齿距累积误差相位不同时,人字齿轮系统将出现明显的轴向窜动现象。同时,齿距累积误差相位差对系统振动影响显著,通过调整相位差可以显著降低系统振动。研究结果可为人字齿轮系统低噪声设计加工与装配提供理论依据。     

基于负载与啮合特征的WN齿轮传动接触强度分析

为了探求WN齿轮传动的强度机理和失效原因, 依据WN齿轮负载传动时齿面的三维几何接触特征和弹性变形理论建立了接触强度分析模型,提出了基于WN 齿轮啮合特征的接触强度分析方法．根据啮合过程中齿面接触载荷、啮合齿轮副和接触点数的变化,利用有限元分析进行了各种状况下的齿面接触应力计算,明确了WN齿轮接触强度设计中的螺旋角、中心距误差、齿宽及重合度对最大接触应力的影响结果．研究发现,当中心距和重合度及螺旋角等变化时,WN齿轮与渐开线齿轮呈现出了完全不同的载荷特征和强度机理．     

辐板刚度、阻尼及齿面摩擦对齿轮振动特性的影响

在考虑齿轮副时变啮合刚度、齿面摩擦、齿侧间隙及辐板刚度和阻尼的情况下,建立了齿轮传动系统的三维非线性动力学模型。根据啮合点位置推导出啮合刚度、齿面摩擦系数与时间的关系,并考虑了齿轮动载荷在各齿轮副之间的实际分配情况。针对强非线性变微分方程组求解困难的问题,提出了利用添加方程组维数的方法将变系数微分方程组转化成常微分方程组,并采用4~5阶自适应变步长的龙格库塔法求解微分方程组的数值解。系统地分析了辐板刚度、阻尼以及齿面摩擦对齿轮副和辐板振动性能的影响,为更深入研究齿轮的阻尼减振提供了理论基础和研究方向。     

联轴器扭转刚度对潜油电泵细长串联轴系扭振特性的影响研究

为解决在满负荷、长周期运行工况下潜油电泵下保护器轴易断裂的问题,以潜油电泵细长串联轴系为研究对象,分析联轴器扭转刚度对细长串联轴系扭振特性的影响.采用DyRoBeS软件构建细长串联轴系扭振模型,分析轴系扭振特性,结合扭转振型与模态扭应力分布,确定轴系下保护器轴退刀槽为危险截面,研究联轴器扭转刚度与该危险截面扭应力的关系...     

基于实测扫频响应反推管路卡箍支承刚度及阻尼

为了建立管路系统动力学模型并分析其振动特性,需获取动载荷下卡箍支承刚度及阻尼等力学特性参数。该研究提出一种基于实测扫频响应的响应面法来反推上述参数的方法;提出了基于响应面反推管路卡箍支承刚度和阻尼的辨识算法;利用自编有限元创建了管体-卡箍系统的动力学模型,推导了管路系统振动响应;在利用响应面法的匹配计算中,进行了卡箍刚度及阻尼关于频率和对应响应的多项式拟合,并采用基本遗传算法进行了优化。在实例研究中,用提出的方法辨识出了所研究管路卡箍的具有频率依赖性的支承刚度和阻尼;将辨识值回代到分析模型中,通过比较预测的与实测的频域响应,共振频率及响应偏差均小于3%,证明了辨识结果的合理性。