双联3K型行星齿轮系统固有特性分析

为研究双联3K行星齿轮系统固有特性,根据系统各构件间的相对位移,考虑啮合刚度和支承刚度的影响,采用集中参数法建立其平移-扭转耦合动力学模型。运用MATLAB中eig函数求解动力学方程,得到系统的固有频率和振动模式,研究刚度和行星轮个数对系统固有特性的影响。结果表明:系统具有3种振动模式,中心构件扭转振动模式、中心构件平移振动模式及行星轮振动模式;3种振动模式下的固有频率个数与行星轮个数无关;2 000 Hz以内的中心构件平移振动模式的固有频率受行星轮个数的影响显著;系统低阶固有频率受支承刚度影响大于啮合刚度,且2 000 Hz以内的低阶固有频率受第一级齿圈支承刚度影响较大。研究结果为双联3K行星齿轮系统的动态特性优化设计提供了理论依据。     

复式行星齿轮传动系统综合动力学模型及振动特性研究

建立了复式行星齿轮传动综合动力学模型,模型考虑了各构件的平移和扭转振动及静态传递误差。系统分析了复式行星齿轮传动系统的固有振动特性,研究了其固有频率的带状分布特点,根据中心构件及行星轮的振动特点,将系统振型分为三类,即中心构件平移-行星轮随机振动模式、中心构件扭转-行星轮相同振动模式、中心轮静止-相邻行星轮反向振动模式。     

基础俯仰运动对风力机行星齿轮动力学特性的影响分析

由于塔架在风力作用下的弯曲振动,机舱会产生俯仰运动,进而对行星齿轮产生基础激励。从能量角度出发,考虑基础俯仰运动、轮齿脱啮和齿背啮合,通过第二类拉格朗日方程建立了基础俯仰运动下行星齿轮传动非线性弯-扭-轴耦合模型。与现有基础固定情况下的耦合模型相比,基础俯仰运动将引起附加阻尼、附加刚度和附加外激励,同时引起直齿轮平面运动与轴向运动的耦合。采用数值积分获得系统动态响应,评估轴向运动对系统动力学特性影响的大小,分析基础俯仰运动和齿圈支承刚度对行星齿轮动力学响应和均载特性的影响。结果表明,基础俯仰运动显著增大中心轮(行星架、齿圈和太阳轮)的横向振动;行星轮所受附加作用力不相同,运动对称性被破坏,系统出现不均载现象。当系统存在轮齿脱啮和齿背啮合时,增大齿圈支承刚度能显著改善均载特性,没有轮齿脱啮和齿背啮合时,均载系数随着齿圈支承刚度的增大而小幅增大。     

斜齿行星传动多体动力学建模与分析

建立了斜齿行星传动的多体动力学模型,对其进行了动态特性仿真,获知了该类系统的自由振动特性、稳态动力响应以及部分设计参数对系统动态特性的影响规律。根据系统特征值的重根数、中心构件的振型坐标及各行星轮间振型坐标的比例,将斜齿行星轮系的自由振动归结为3类典型振动模式,即：轴向平移—扭转振动模式、径向平移—扭摆振动模式和行星轮振动模式,并进一步给出了各类模式的特点。当不考虑构件自身柔性时,基于多体动力学模型的自由振动特性与前人的集中参数模型的仿真结果完全一致,表明了本文所建模型的正确性。斜齿行星轮系的稳态动力学响应表明,内、外啮合力在一个啮合周期内围绕静态均值作较大幅度的波动,而啮频激励是引起该类系统振动的主要原因。参数影响分析表明,构件支承刚度和行星轮周向安装误差对系统动态特性的影响明显,浮动太阳轮、严控行星轮周向安装误差可有效抑制系统的振动。     

含级间相对浮动的两级行星传动系统均载特性研究

以两级行星齿轮传动系统为研究对象,基于集总参数法,引入时变啮合刚度、齿侧间隙、综合啮合误差等非线性因素,考虑了级间相对浮动,建立了系统“平移-扭转”耦合强非线性动力学方程组(EOM)。通过对系统微分方程组进行数值积分求解,分别分析了有无级间相对浮动时多误差耦合以及相对浮动间隙的大小对系统均载特性的影响。结果表明:多误差的耦合作用会使系统均载性能变差,且构件误差对所在一级的均载特性影响程度更大;级间相对浮动能够有效改善系统的均载性能,减弱构件误差的级间耦合作用,且随着相对浮动间隙的增大系统第一级均载性能得到改善。     

轴承支承刚度对行星轮系统动态稳定性的影响

分析了轴承支承刚度对行星轮传动机构动态稳定性的影响,建立了同时考虑各齿轮和行星架横向和扭转振动、时变啮合刚度、齿侧间隙、脱齿现象和齿轮偏心误差的非线性动力学模型。提出了新的模态分类方式,该分类方式同时考虑中心轮和行星轮的振动情况。借助多尺度法,依据该模态分类,分析了轴承支承刚度对行星轮系统各模态固有频率、各模态不稳定边界、各不稳定区域内振幅的影响。分析结果与数值模拟取得了一致的结论:轴承支承刚度对行星轮系统稳定性的影响主要取决于行星轮的振动类别,各模态不稳定振动的激励条件同样依据行星轮的振动类型而不同;分析轴承支承刚度对行星轮动态稳定性的影响,可以为行星轮系统轴承的选择提供指导。     

内齿圈裂纹扩展对复合两级行星轮系均载特性的影响研究

行星轮系的均载特性对齿轮箱的运行性能及服役寿命有重要的影响。为揭示裂纹扩展对系统均载特性的影响,构建了计入齿根裂纹损伤的复合行星轮系动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变支撑刚度、啮合相位、阻尼、裂纹等非线性因素。建立裂纹齿圈时变啮合刚度模型,研究不同裂纹程度与时变啮合刚度之间的量化关系,将损伤以内部激励的形式引入到动力学模型中;推导滚动体与滚道之间的非线性弹性接触力,得到各构件的时变支撑刚度;进一步,获取不同裂纹扩展程度下各啮合副啮合振动信号,综合采用时间历程、频谱、相轨迹及Poincaré映射图分析裂纹扩展对系统非线性振动特性的影响;计算各啮合副均载系数,分析裂纹扩展对系统均载特性的影响规律。     

两级行星齿轮传动非线性啮合力频率耦合与动态特性研究

利用拉格朗日方程推导了两级行星齿轮传动的平移-扭转非线性振动模型,模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差、行星轮位置角时变性以及各行星排级间连接件的弯曲和扭转刚度。从行星排级间连接轴的力与变形耦合关系出发,研究了两个行星排啮合力产生的啮合频率耦合现象。通过数值仿真对不同激励条件下啮合频率耦合的表现形式进行了研究,对不同行星排的动载系数、均载系数、连接轴转矩的动态特性进行了分析,为多级行星齿轮传动系统动力学分析与设计提供指导。     

基于增量谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动力学

建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。运用增量谐波平衡法对系统运动微分方程组进行求解,得到系统的基频稳态响应。研究了时变啮合刚度、外部激励、齿侧间隙等参数的变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明,间隙的存在使得复合行星齿轮系统的频响曲线出现了幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统参数的共同作用使得复合行星齿轮系统出现了丰富的非线性动力学行为。利用本文的方法可以获得系统任意精度的近似解,为控制系统的振动与噪声,实现复合行星齿轮传动系统动态设计奠定基础。     

盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统固有特性及灵敏度分析

建立了三级行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,模型考虑了时变啮合刚度、各级中行星轮位置相角的时变性、啮合综合误差、阻尼等影响因素。基于特征值问题求解了系统结构的固有频率和振型,并将其系统振动模式归为三类：扭转耦合振动模式、平移耦合振动模式、行星轮振动模式。研究了不同振动模式下固有频率对系统参数的灵敏度。研究结果表明,在一些系统参数敏感点处,参数的微小变化不仅导致固有频率灵敏度、模态能量的大幅变化,也将引起能量在各级间发生转移,使得振动特性剧烈变化。     

考虑齿侧间隙的非等模数非等压力角行星齿轮系统的均载特性研究

针对非等模数非等压力角行星齿轮传动系统,建立了多自由度平移-扭转振动的非线性动力学模型。考虑到齿轮副齿侧间隙、系统综合误差和齿轮副模数与压力角的不相等,计算了系统的均载系数并对由它们所引起的系统不均载特性进行了动力学分析。获得了误差一定且齿侧间隙改变时,啮合副的动载荷曲线与均载系数间的变化关系。讨论了齿轮副模数和压力角分别不同时,系统均载系数的变化幅度。研究表明:随着齿轮副压力角选择范围的扩大,系统均载系数有着较大幅度的变化;齿侧间隙使系统的啮合副处于不同冲击状态,不同冲击状态对系统的均载性能有着重要的影响。     

功率四分支齿轮传动弯扭耦合动力学特性研究

建立了功率四分支齿轮传动系统的动力学模型和32个自由度的振动方程,提出了基于时变啮合线方程的齿轮啮合刚度计算方法,研究了在时变刚度激励下不同安装角对传动系统的动载系数和均载系数的影响规律,得出系统第二级、第三级齿轮副的均载系数随着安装角的增大而增大,当安装角等于120°时,最大均载系数分别为1.288和1.291。继续增大安装角,各齿轮副均载系数将不再有明显变化。     

行星轮系动力学仿真分析与故障诊断

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。为了研究行星齿轮传动的故障机理,揭示其故障特征,本文建立了行星齿轮系统的动力学模型,研究了齿轮裂纹对齿轮啮合刚度的影响,得出了齿轮正常、太阳轮裂纹和行星轮裂纹等三种状态下系统的频率特征,总结了故障特征频率;最后试验验证了仿真结果的有效性,得出的故障特征频率可用于行星轮系的故障诊断。     

啮合刚度和径向支承刚度对复合行星轮系均载的影响比较

为比较啮合刚度和径向支承刚度对周转轮系均载性能的影响权重,建立了含刚度、误差和间隙等内部激励的复合行星轮系平移 - 扭转动力学模型,采用田口实验法建立均载多因素分析模型,计算变刚度激励作用下的复合行星轮系均载系数,通过信噪比分析、方差分析对比均载变化梯度,量化均载系数在不同类型的刚度激励作用下的灵敏度,找出决定均载性能...     

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。     

行星传动系统的固有特性及模态跃迁研究

建立了单级2K-H直齿行星传动的纯扭转集中参数动力学模型。研究了行星传动的固有特性,归纳出两种振动模式:行星轮振动模式和扭转振动模式,并研究了两种振动模式下行星传动的振动特征。通过求解子特征值问题得到了解析形式的固有频率表达式,并推导了固有频率对构件的支承刚度、质量、转动惯量以及齿轮啮合刚度等参数的敏感度解析式。从模态能量角度深入分析了模态跃迁现象对传动特性的影响,并给出了此现象发生的判别准则。仿真算例证明了所得结论的正确性。     

面齿轮传动啮合刚度分析与修形减振优化

为准确求解面齿轮传动的啮合刚度,基于齿轮的承载接触分析(LTCA)技术,综合考虑变位、小轮偏置、齿面修形以及安装误差,提出了面齿轮传动啮合刚度计算方法,并验证了该方法的精确性。分析了负载、变位、小轮偏置和安装误差对面齿轮传动综合啮合刚度均值和波动幅值的影响,并将LTCA技术与遗传算法相结合,建立了面齿轮传动修形减振优化模型。研究结果表明:面齿轮传动综合啮合刚度幅值波动较大,存在阶跃突变现象,但波动幅值对负载、变位、小轮偏置和安装误差并不敏感,而综合啮合刚度均值受负载、小轮偏置和安装误差影响较大,且在3类安装误差中,轴夹角误差对综合啮合刚度均值影响最大;优化小轮修形参数后使综合啮合刚度的波动幅值大幅下降,从而可有效减小面齿轮传动的振动和噪声。     

含复杂断齿故障的行星齿轮动力学研究

针对行星齿轮在恒速、恒负载条件下局部断齿故障难以分析的问题，以行星齿轮传动系统为研究对象，利用能量法建立正常及具有局部断齿故障的齿轮刚度激励模型，通过改变齿轮断齿的长度求得在该条件下的刚度激励并进行对比分析，从而明确故障发生的机理；考虑行星齿轮刚度激励及啮合相位的影响，利用集中参数理论（Lumped Parameter Theory,LPT）建立相应的动力学模型；将求得的刚度激励代入建立的行星齿轮动力学模型，同时在MATLAB中利用自带的ode15s求解器进行求解。最后针对太阳轮y向振动的时域图像及其Fourier变换的频域图像进行分析，得出系统在出现不同程度的故障时的状态变化。该方法可较为准确地判断系统是否存在断齿故障以及断齿故障的严重程度。     

含裂纹复合两级行星轮系振动特性研究

为揭示复合行星轮系固有特性及裂纹对其振动响应的影响,以工程机械复合两级行星轮系为研究对象,采用集中参数法建立平移-扭转耦合动力学模型,并计入阻尼、支撑、时变啮合刚度、啮合相位等影响因素。根据各构件间相对位移分析,推导系统运动微分方程。将轮齿简化为齿根圆上的悬臂梁结构,根据能量法,分别计算啮合齿轮副赫兹刚度,弯曲刚度,剪切刚度和轴向压缩刚度。推导裂纹轮齿时变啮合刚度计算公式,分析裂纹扩展对时变啮合刚度的影响。进一步对各啮合副的相对啮合相位关系进行推导。采用数值分析方法,求解系统运动微分方程,得到正常及裂纹情况下的系统固有特性,研究时变啮合刚度及裂纹对系统固有频率的影响。综合运用时间历程、阶次谱、相轨迹及Poincaré映射图,分析裂纹扩展对系统非线性振动响应的影响。     

齿厚与螺旋角对人字齿行星轮动态特性的影响

利用多尺度法分析人字齿行星轮轮齿厚度和螺旋角对人字齿行星轮系统动态特性影响。建立人字齿行星轮的动力学模型,该模型考虑时变啮合刚度、脱齿等非线性因素。利用该模型,分析齿厚与螺旋角对人字齿行星轮动态响应影响,多尺度法与数值模拟的计算结果一致。结果表明,齿厚与螺旋角对时变啮合刚度各阶波动幅值有着周期性影响,选取适当的齿厚与螺旋角可明显降低系统各自由度振动幅值和动态传递误差。