齿轮动态性能的仿真研究

采用状态空间方法对齿轮实际工作状态进行仿真。齿轮动力学模型建立为一个非线性、时相关、稳定的随机系统。齿轮传动误差分解为周期误差和随机误差输入仿真系统。二阶Markov过程作为成型滤波器模拟随机误差。利用仿真系统和齿轮动态试验,研究了随机误差,综合激励状态和主要齿轮参数对齿轮振动的影响规律。     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

求解齿轮系统非线性动力学微分方程的多尺度方法

首先建立了描述齿轮系统扭转振动的动力学分析模型,并推导出综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、动态传递误差等非线性因素的齿轮系统非线性动力学的统一微分方程。介绍了用于求解齿轮系统非线性动力学微分方程的多尺度方法的原理,并推导了频率响应方程。利用多尺度方法获得的近似解析解与直接进行数值积分所获得的精确解吻合得较好,表明多尺度方法是求解复杂非线性微分方程最有效的方法之一。     

考虑制造误差时滑动轴承转子系统动力学研究进展

通过对轴承非线性油膜力模型及油膜力的计算方法进行总结,综述了同轴度、粗糙度等制造误差以及流体温粘热效应对滑动轴承转子系统动力学特性的影响及其研究方法,指出了考虑制造误差时滑动轴承转子系统动力学的研究方向及其研究意义,对滑动轴承转子系统设计方面的研究工作也具有重要的参考价值.     

柔性齿轮-柔性转子-滑动轴承系统动特性分析

为分析柔性齿轮对齿轮传动系统动特性的影响,建立考虑时变啮合刚度、非线性摩擦力的柔性齿轮-柔性转子-滑动轴承的柔性多体动力学模型。研究表明:相对于刚性体模型,考虑柔性齿轮和柔性转子的齿轮系统模型更加适合大变形的轻薄化齿轮系统动特性研究;柔性齿轮系统启动阶段存在明显的亚异步振动及齿轮轴向振动幅值的获取;高速重载有利于齿轮系统稳态工况的平稳运转及维持,但会引起齿轮轴向辐射噪声的增加;相对加减速、停机工况,启动工况下的轴向辐射噪声和动态啮合力波动最大。研究结果对齿轮轻薄化设计和认识齿轮传动系统的全工况动特性等研究具有积极意义。     

齿轮耦合影响转子—轴承系统稳定性的机理研究

本文研究齿轮耦合对转子轴承系统稳定性的影响。通过数值计算护理有其齿轮耦合对转子轴承系统的稳定性有很强的影响,并基于转子涡动能量原理,阐明了齿轮耦合影响转子轴承系统稳定性的机理。     

气体轴承-转子耦合作用下离心机回转误差计算

针对精密离心机气体轴承-转子耦合系统,采用计算流体动力学方法计算径向、止推轴承的承载力;通过拟合方法获得考虑偏心和供气压力的气体轴承的承载能力非线性模型,并基于有限元法建立轴承-转子耦合作用下的动力学模型,对重力、不平衡量、非线性气膜力作用下的转子动力学进行耦合计算,得到不同偏心量下转子回转误差轨迹图。结果表明在不平衡量为3 kg·m时转子回转误差最大为1.03 μm,误差在μm级,满足10-6精密离心机的回转误差要求。     

含外圈剥落和不对中的齿轮-转子-轴承系统振动分析（英文）

轴承套圈的不对中和剥落是影响齿轮-转子-轴承系统振动特性的典型误差和故障。为了研究外圈不对中和剥落对系统的耦合影响,有必要对含不对中和剥落的齿轮-转子-轴承系统振动特性进行分析。首先,考虑外圈不对中和剥落,计算了轴承的五自由度非线性恢复力。然后,基于轮齿承载接触分析(LTCA)方法,计算了啮合刚度并且建立了直齿轮副的动力学模型。在此基础上,基于切片法建立了花键的等效刚度模型。最后,通过将轴承的恢复力模型、直齿轮副的动力学模型和花键的等效刚度模型与转子系统的有限元模型耦合,建立了齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。分析表明,只有剥落位于承载区时,才会对轴承接触力、接触角和系统振动特性产生影响。外圈的不对中导致轴承的承载区范围增大,并使得剥落对系统产生影响的概率增加。     

曲面积分与局部有限元联合求解摆线锥齿轮非线性振动特性

针对重载啮合中动态传递误差所导致的非线性振动问题,以及如何准确预测和计算等摆线锥齿轮传动中的动态传递误差进一步改善这类齿轮系统振动特性,研究了在一定的运行速度和扭矩范围内摆线锥齿轮的动态响应特性,对摆线锥齿轮非线性振动特性提出了一种新的曲面积分与局部有限元联合求解方法,这种方法可以精确表达轮齿几何及轮齿接触力等对齿轮动力学性能有关键影响的因素;此外,所提出的方法无需将静态传递误差、时变拟合刚度和啮合频率变量等非线性因素作为外部的激励进行求解,而是从齿轮啮合的每一时步计算动态接触力以及动态传递误差,最终得出摆线锥齿轮的非线性振动特性,采用本方法可以较好地改善摆线锥齿轮的振动特性.     

面齿轮传动系统非线性动力学键合图模型及方程

为了较好研究面齿轮的传动系统,本文以正交面齿轮传动系统为研究对象,基于Bond gragh理论建立了综合时变啮合刚度、传动误差、齿面摩擦力、啮合阻尼等因素的耦合非线性动力学模型.运用Bond gragh理论将面齿轮传动系统中的激励和响应转化为键合图元,分析系统运动的特性分别建立了面齿轮弹性变形键合图模型、传动误差键合图模型和齿面摩擦键合图模型,并分析因果关系和键合图中的功率流得到面齿轮传动系统非线性动力学耦合方程.     

齿轮传动系统齿轮模数的选择对噪声的影响

作低噪声机械设计时,齿轮传动系统中齿轮模数的选择是一个十分重要的问题.本文采用了齿轮基节误差产生的齿轮啮合角加速度公式及G·尼曼齿轮噪声级计算公式对此作了分析,并以国内外典型车床为例加以说明.     

增材制造椭圆锥齿轮的齿面与齿距误差分析

为提高椭圆锥齿轮增材制造的加工精度,减少其加工误差,对增材制造加工的椭圆锥齿轮进行误差测量,并分析误差产生的原因．运用齿轮啮合空间传动原理及增材制造的基本原理,建立了椭圆锥齿轮空间啮合坐标系、增材加工坐标系、分层模型、椭圆锥齿轮的理论误差模型和误差检测模型;对椭圆锥齿轮进行前处理分析,并对增材制造过程进行研究,获得该齿轮增材制造的加工方法;采用超景深三维显微系统和三坐标测量机对该齿轮进行检测,分析其表面误差精度与齿距误差．结果表明:利用增材制造法加工的椭圆锥齿轮误差偏大;优化STL模型,减小金属粉末直径,减少激光半径和热效应对加工层的影响,均有助于提高增材制造加工精度．     

大型直齿圆柱齿轮误差测量系统研究

针对大型齿轮在机测量存在必须停止加工过程,影响加工效率和经济效益的问题,研制了一种大型直齿圆柱齿轮离线自动测量系统．测量系统以PC为控制中心,可根据用户选择自动生成测量路径;其选用高精度测头和光栅尺,利用数控系统驱动x,y、Z轴及旋转载物台,可以实现测量位置的精确定位;可以实现齿形误差、齿距误差和齿向误差的自动测量．     

渐开线齿轮安装偏心误差自动补偿算法的实验验证

针对测量渐开线齿轮时由于其几何中心和测量中心不重合带来的误差,基于工件安装偏心的误差补偿模型,以齿轮测量中心为载体,分析不同偏心量值对于齿距测量误差的影响.实验结果表明:偏心造成的误差经过补偿后,与无偏心安装得到的测量结果一致,验证了误差补偿算法的正确性,消除了安装偏心误差带来的影响,降低了齿轮安装的难度.     

锥齿轮单项误差测量仪器的研制

针对现行锥齿轮误差测量中存在的问题,研制了数控式锥齿轮单项误差测量仪,实现了对锥齿轮单项误差的高效精密测量.介绍了仪器的工作原理及构成,阐述了锥齿轮单项误差的测量与误差的评定方法,通过对齿距测量和传统的齿圈跳动测量的对比分析,提出了由齿距偏差计算齿圈跳动的方法,并给出了相应的数学模型.     

考虑齿轮位移协调的2级星形传动多分流均载研究

研究了航空发动机二级星形传动系统大小星轮载荷分配机理,针对所有齿轮的偏心误差、齿厚误差、基节误差、安装误差,轴承制造误差等分别进行了当量角度啮合误差分析,考虑了太阳轮和内齿圈同时浮动导致的啮合侧隙变化而引起的浮动啮合误差,得到了两级啮合线上的综合角度啮合误差,建立了针对二级4路功率分流特征的各齿轮转角位移协调的精细化均载系数计算模型,获得了多分流多级系统的均载系数和均载特性曲线,得到了太阳轮和内齿圈的浮动规律,为航空制造上确定均载系数、工艺上合理分配及控制公差提供科学依据。     

插齿刀加工的非圆齿轮过渡曲线干涉分析

根据非圆齿轮节曲线曲率的凹凸特性，将一个非圆齿轮的插齿加工过程看作是对非圆内齿轮加工和外齿轮加工的两个过程，阐明了非齿轮内齿加工与餐齿加工的本质区别取决于该非圆齿轮节曲线的凸凹特性，提出了非圆齿轮是由多个具有不同齿数，相同模数，相同压力角的圆柱轮组成的概念，进而提出了非圆齿轮折算齿数的概念，利用非圆齿轮折算齿数的分析方法，将非圆轮的过渡曲线干涉问题转化成圆柱齿轮的干涉问题进行简化分析，给出了插齿加工的非圆齿轮产生过渡曲线干涉的条件，得出了避免这种干涉的有效办法。     

基于MASTA的齿轮微观修形研究

根据齿轮啮合原理,基于MASTA建立了齿轮传动系统模型。在对齿轮进行模拟装配后,利用MASTA的微观修形模块对齿轮进行了修形分析,得到了齿轮修形前后的传递误差图、振幅以及接触斑点分布图。将修形前后的各图进行对比后发现,齿面接触面积和接触偏载情况均得到明显改善,传递误差明显减小,验证了基于MASTA对齿轮进行微观修形的有效性。表明通过MASTA,可对齿轮齿面微观修形参数进行合理设计和优化,可有效改善齿轮传动时的齿面偏载,减小齿面接触应力,提高齿轮副的传动质量和承载能力。     

基于抛物线修形的斜齿轮传动啮合特性研究

齿面修形是提高齿轮副啮合性能的重要手段.为了提高啮合传动特性,对斜齿轮采用沿齿廓方向抛物线修形的齿面结构.结果表明,修形的斜齿轮传动啮合特性明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,恰当选择修形因数,可有效避免边缘接触;在存在轴夹角误差的条件下,几何传动误差为不连续直线段,因而振动和噪声不可避免;啮合区域对安装误差不敏感,在未对准安装的条件下,啮合印痕向轮齿两端仅有较小的偏移.     

用CNC测量中心对圆柱齿轮进行自动测量与评定

介绍了一种在ＣＮＣ测量中心上测量渐开线圆柱齿轮的原理及数据处理方法．据此开发的软件可以自动地进行齿形误差、齿向误差和周节累积误差等项目的测量和评定．通过与传统的机械展成式齿轮量仪比较，说明了使用ＣＮＣ测量中心时，展成运动误差对测量结果没有影响