齿根疲劳裂纹扩展致传动系统振动异常特征的仿真研究

为研究齿轮啮合过程中齿根疲劳裂纹扩展与齿轮传动系统振动特性之间的关系,建立了含齿根裂纹的齿轮对接触分析有限元模型,模拟了齿根裂纹的扩展过程。通过提取有限元分析结果中的啮合齿面节点位移和接触力信息,求得齿轮时变啮合刚度,进而得到齿轮啮合刚度随齿根疲劳裂纹扩展的退化规律;将该刚度变量代入8自由度齿轮振动系统的运动微分方程动力学模型中,进一步研究齿根裂纹扩展与传动系统振动之间的关联性。仿真结果表明:当齿轮单个轮齿含齿根裂纹时,该轮齿啮合振动时域信号异常的范围为单齿-双齿-单齿三个连续区间,其中双齿啮合区间振动冲击响应最为明显。随着齿根裂纹的扩展,该齿时域振动信号振幅显著增大;频域内的振动信号中各倍频的峰值基本不变,高频区域最先出现边频带,并且边频带向低频区域扩展,且幅值也逐渐增大。该研究结果可以为裂纹故障识别检测提供一定的理论依据。     

椭圆齿轮传动系统非线性动态特性分析

为获得椭圆齿轮副工作时的振动规律,以实现其稳定、高效传动,在分析椭圆齿轮固有特性的基础上对椭圆齿轮非线性动力学特性进行了研究。以齿轮动力学理论为基础,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差、粘弹性阻尼的椭圆齿轮非线性动力学模型,利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对椭圆齿轮传动系统非线性动力学方程进行求解,绘制了系统的位移响应,相轨迹以及Poincaré映射,得到激励频率、阻尼比、时变啮合刚度、以及内部激励4个控制参数对传动系统动态响应的影响。椭圆齿轮副动力学模型的建立、求解和参数影响分析可以为后续的动态设计、不同参数下的振动响应趋势预测以及降噪提供一定的理论依据。     

内啮合齿式离合器轴向接合过程的冲击特性

为了研究齿式离合器中内啮合齿轮副在接合过程中产生的轴向和周向冲击载荷特性,基于系统动力学分析软件ADAMS,建立齿轮副啮合冲击计算模型,计算轮齿轴向接合过程的动态特性和冲击载荷;分析主动轴连接部件扭转刚度对离合器接合动态特性的影响,并以改善离合器轴向接合特性为目标,改进轮齿端面结构,分析端面结构修形后的动态特性.结果表明,齿式离合器的主动齿和从动齿经过多次碰撞后实现轴向接合,最大接触力和力矩出现在第一次碰撞过程中,结合过程的动态特性与冲击载荷主要与齿轮副转速差、轮齿间隙、主动轴刚度与轴向推动力等因素相关.该结果可为内啮合齿式离合器的改进设计提供参考.     

活齿端面谐波齿轮非对称啮合副齿面的修形(之一)——波发生器端面凸轮齿面的修形

分析了活齿端面谐波齿轮非对称啮合副齿面修形的必要性,介绍了用二次曲线簇包络面对非对称啮合副齿面进行修形的方法,推导出了波发生器端面凸轮齿顶和齿底修形区的齿面方程,并对修形前后活齿往复运动的位移、速度和加速度进行了对比,由此得出了修形后的非对称啮合副齿面可以有效降低活齿的冲击和振动的结论。     

驱动桥准双曲面齿轮传动系统振动特性分析

为掌握驱动桥振动响应的影响规律,实现驱动桥动态特性的主动控制。以驱动桥准双曲面齿轮传动系统为研究对象,考虑主从齿时变啮合刚度、阻尼、传动误差和冲击等激励,基于集中质量法构建驱动桥齿轮传动系统的多变参数耦合振动模型,并依据牛顿第二定律推导其振动微分方程组,采用RK算法求解方程组。对比准双曲面齿轮修形优化前后主、从动齿轮的垂直、扭转和轴向的振动数值解,并讨论了输入转速和加载扭矩的改变对系统振动特性的影响规律。结果表明：优化后的齿轮运转振动值减小;主从齿的垂直和轴向振动规律复杂,处于近似混沌运动状态;扭转方向上呈现拟周期运动;输入转速和加载扭矩的改变对主从齿轴向振动影响最大,垂直方向次之,扭转方向最小。进一步对驱动桥总成进行振动测试分析,结果表明：新状态样件的动态性能更优,测试数据的趋势与理论分析结果符合较好。     

内、外啮合刚度激励下人字齿行星齿轮传动振动特性

人字齿行星传动中的内、外啮合时变刚度是造成齿轮传动振动的主要激励源。根据轮齿啮合接触原理推导了人字齿行星齿轮啮合传动的时变刚度动态梯形图,得到了内、外啮合刚度的分布规律,二者不具有时间同步性。采用集中质量法建立了人字齿行星齿轮传动的扭转非线性动力学模型,在欧拉型积分和牛顿迭代法等数值方法基础上对系统的非线性振动方程组进行了求解,结果显示内啮合在多个转速区域出现显著振动,最大振幅发生在转速5 900 r/min处,外啮合动载特性较为稳定,均载系数为K=1.38。借助相图、Poincaré映射、FFT频谱分析等手段对系统拟周期振动特性进行分析,表明振动吸引子在相空间中发生扭曲翻转形成封闭超环面,频域则由多个离散次谐波响应构成。     

基于参数化有限元模型的斜齿行星传动内啮合特性分析

为揭示斜齿行星传动内啮合齿轮副的啮合特性,采用参数化建模方法和自底向上的建模策略,相继构建斜齿行星轮系的完整啮合和简化啮合三维有限元模型。通过设置内啮合接触对并施加恰当约束条件,分析传动中内啮合齿轮副的应力/应变,进而分析内齿圈轮缘厚度对啮合特性的影响。结果表明,各均布行星轮的应力状况不尽相同,且呈现出边缘接触现象,可通过修形予以改善;增大内齿圈轮缘厚度可降低内齿圈及各行星轮的最大应力/应变,提高齿轮强度。     

基于ANSYS workbench齿轮啮合刚度计算及动力学仿真

为了解决在齿轮动力学仿真中啮合刚度的时变性问题,在三维建模软件Solidworks中,通过渐开线参数方程建立了直齿圆柱齿轮装配体模型,将模型导入ANSYS workbench的瞬态动力学模块,用准静态的方法求出了综合啮合刚度,考虑齿轮的惯性效应以及轮齿摩擦力进行齿轮动力学仿真.结果表明,实际情况下综合啮合刚度与理论重合度计算的综合啮合刚度是不同步的.轮齿在进入和退出双齿啮合时振动加剧,轮齿的交替啮合产生冲击力,单齿啮合比双齿啮合振动强烈.     

考虑多体承载啮合斜齿行星齿轮动载特性分析

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其动载特性研究对减振降噪具有重要意义。正确地描述行星齿轮系统的啮合刚度和啮合误差是进行动力学分析的前提,为此,紧密结合齿轮几何分析与力学分析,提出行星齿轮承载接触分析技术,获得各齿轮副的耦合时变啮合刚度,并计算其啮合冲击力,为行星齿轮动力学深入分析奠定基础;其次,应用集中参数法建立考虑齿轮副安装误差、刚度激励及啮合冲击激励的斜齿行星传动啮合型弯-扭-轴动力学模型,采用数值法求解系统的动载特性。表明：考虑啮合冲击激励时,随转速的增加动载荷增加更为明显;共振转速附近,啮合冲击对动态啮合力的影响较小;安装误差特别是中心距误差是引起各齿轮副啮合刚度不同的主要原因,其进一步导致了系统的共振转速变多;行星轮浮动可以明显降低共振转速处的动载荷,由于各外（内）齿轮副刚度的不同,随转速的增加行星轮浮动使得部分齿轮副的动态啮合力明显降低。     

复合行星齿轮传动系统非线性动力学建模与振动特性

为了深入研究复合行星轮系的非线性特性,采用集中质量法建立了一种考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和齿轮副综合啮合误差的复合行星齿轮系统的非线性动力学模型.通过引入相对啮合位移、无量纲时间尺寸和激励频率对非线性动力学模型进行了无量纲处理,消除了系统的刚体位移.基于变步长Gill积分法编写了计算程序,求解了非线性微分方程组的动态响应.最后,综合运用时间历程图、相图、Poincaré映射和功率谱对各类响应进行了比较和分析,研究了系统在不同无量纲激励频率激励时所表现单周期、拟周期、多周期和混沌的非线性特性,结果发现系统蕴含了丰富的非线性特性,存在着拟周期通过锁相进入混沌的途径.     

单齿裂纹行星轮系合成刚度的劣化特性

行星轮系由于结构复杂,其齿面损伤对系统动态特性的影响不易评估,因而为行星轮系的故障诊断带来很大障碍.以某NGW21型行星齿轮减速器为研究对象,在内齿圈固定的前提下,研究了健康轮系的刚度合成方法以及齿面损伤条件下的刚度劣化行为.采用能量法获得了行星轮与太阳轮和内齿圈单独啮合时的刚度分布曲线,进而基于轮系内部的运动关系和各行星轮之间的相位关系,建立了多点同时啮合工况下的轮系刚度合成方法.针对太阳轮、内齿圈分别存在不同深度裂纹的情况,探讨了裂纹齿轮与行星轮单独啮合时的刚度分布,并最终对同一行星轮参与的内、外啮合刚度进行了合成.结果表明:太阳轮裂纹引起的整体刚度劣化更为明显,将更显著地影响行星轮系的响应特性.     

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.     

端曲面齿轮副复合运动规律及受力分析

根据微分几何和齿轮啮合原理的相关理论,分析了端曲面齿轮副复合运动的两种不同的传动形式,并采用仿真分析验证了其运动规律。计算并分析了端曲面齿轮副复合运动时的受力状况以及该齿轮副啮合过程中压力角的变化情况。搭建了验证其运动规律的试验平台,使用激光位移传感器测量该齿轮副的位移,将试验结果与理论值和仿真结果进行对比,验证了计算结果的正确性。     

斜齿圆柱齿轮传动的固有振动特征

在综合考虑斜齿轮啮合刚度、轮辐弯扭刚度以及传动轴－轴承支承刚度的基础上,建立了斜齿轮副的耦合振动模型,介绍了系统刚度的计算方法,分析了系统的固有振动特征及其螺旋角的影响,实例分析结果表明：螺旋角不仅引起斜齿轮复杂的耦合振动,而且它的变化将会造成斜齿轮轴向、扭摆共振频率比较大的改变,而对径向共振频率的影响不大;斜齿轮的径向和扭转共振会造成齿轮很大的动载荷,而轴向共振的这种影响则不显著。     

柴油机正时齿轮系动力学特性分析

为了分析柴油机正时齿轮系的动力学特性以及对前端噪声的影响,建立正时齿轮系的多体动力学模型.分析考虑各齿轮负载及曲轴角速度波动时的齿轮扭转角位移、啮合齿对相对运动以及动态啮合力,并对比了不考虑曲轴角速度波动时的计算结果.结果表明,由曲轴扭振引起的角速度波动能够明显加大齿轮系的振动与冲击.凸轮轴齿轮扭转角位移的实验结果与计算结果较为一致.前端声强实验表明在1 000Hz以下,齿轮系动态特性对噪声影响较大,高频处由齿轮加工精度影响的传递误差引起的噪声较大.通过设计曲轴扭振减振器,可以改善齿轮系的啮合振动与冲击,相应地减小前端的辐射噪声.     

混合润滑状态下齿轮接触刚度

为研究混合润滑状态下齿轮的接触刚度,提出了一种计算齿轮接触刚度的方法。首先计算出齿轮啮合过程中运动参数和受力情况,然后采用混合弹流润滑方法求解得到不同时刻粗糙齿面啮合处的膜厚与压力分布,将结果代入接触刚度计算式,得到不同时刻齿轮啮合的接触刚度。讨论了不同工况对齿轮啮合接触刚度的影响,并将光滑表面接触刚度与粗糙表面接触刚度进行了对比。结果表明:转速和载荷对接触刚度影响很大,速度越快,接触刚度越小;载荷越大,接触刚度越大。     

正交面齿轮传动系统分岔特性

为了研究面齿轮传动的非线性动力学分岔特性,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合误差、阻尼和外激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF(Poincaré-Newton-Floquet)方法对系统进行了求解.计算结果表明:当时变啮合刚度幅值系数从0.4增加到0.5时,系统会由倍周期分岔进入混沌;当啮合阻尼...     

齿轮参数对斜齿轮传动振动特性的影响

本文研究了齿轮副在αn=20°，ha∧*=1.0，c∧*=0.25情形下齿数、模数、齿宽、螺旋角、变位系数等参数对斜齿轮副载荷分布，齿间载荷分配、刚度及计算振幅的影响，通过计算表明，ISO标准能较好地反映直齿轮副的单对齿刚度和啮合刚度，而对斜齿轮副的刚度计算存在一定的偏差。计算结果还表明，螺旋角和齿宽对斜齿轮副的刚度值影响不大，而对其计算振幅影响很大，变位系数对斜齿轮副刚度及计算振幅都将产生很大影响，文中也对其他齿轮参数的影响作了对比分析。     

考虑摩擦的磨损和修形齿轮啮合刚度计算

研究齿面偏差对齿轮啮合刚度的影响,对准确获得齿轮系统动态特性具有重要意义。本文基于改进能量法,提出了一个求解考虑齿面摩擦的直齿轮啮合刚度的完整模型。该模型通过齿廓的参数方程,实现考虑齿轮加工刀具圆角半径和齿面偏差对齿轮单齿啮合刚度的影响;通过齿形误差带来的齿间间隙和轮齿加载变形量的关系,求解出双齿啮合区齿轮副总刚度。分析了磨损齿轮和修形齿轮的啮合刚度、齿间载荷分配系数和传递误差。结果表明：齿面非均匀磨损量会显著降低双齿啮合区刚度并降低重合度,轻载条件下尤为严重;修形齿轮载荷大于修形设计载荷值时,修形效果不明显,而载荷小于修形设计载荷值时,可能出现刚度不足、重合度减小和加载传动误差显著增大等问题。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮非线性振动特性分析

为得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮（CHATT）工作时的振动规律,以便设计出运行平稳可靠、传动高效的齿轮,对其非线性振动特性展开研究。通过齿轮副承载接触分析,计算啮合线上轮齿的时变啮合刚度和轴向误差激励,并依据啮合冲击计算模型得到啮入冲击激励。基于集中参数理论建立CHATT的12自由度的弯扭轴多因素耦合振动模型,再依据牛顿第二定律建立包含上述三种内部激励的振动微分方程组。采用变步长四阶Runge-Kutta法对量纲一化后的方程组求解,对比主动轮和从动轮各自垂直、扭转和轴向上的振动特性数值解,结果表明：主动轮和从动轮的振动规律始终保持一致,竖直和扭转方向上作拟周期运动,轴向振动处于稳态响应的近混沌状态。进一步研究齿线半径、负载转矩和输入转速等三个参数变化对系统振动特性的影响规律,分析结果表明：轴向振动从多周期运动向近混沌运动演变,其振动的规律性更容易受到上述三个参数变化的影响。变双曲圆弧齿线圆柱齿轮振动模型的建立、求解和参数影响分析为后续的动态设计、预测不同参数下的振动响应趋势以及降噪提供一定的理论依据。