风电装备行星轮系过盈接触特性分析

风力发电对于保障我国能源安全具有重大意义,但我国风电装备发展中还存在巨大技术瓶颈,如何进一步提高装备可靠性及寿命是亟需解决问题。以行星轮系过盈配合面接触特性与微动磨损关系为切入点,针对NGW型行星轮受力分析,计算获取过盈配合接触分析的载荷边界条件;通过对比不同过盈量在无外载工况下的配合面压力值,理论计算与仿真分析结果的平均误差约为5.74%,验证了仿真的可信度;通过对比不同过盈量在无外载下的变形量,行星轮内孔面与轴承外圈变形占比分别为89.5%和10.5%,定量描述了行星轮相较于轴承的变形程度,更易损伤;稳态载荷工况下,通过对比不同配合公差P6和R6下的最大微动滑移量可知,P6公差带下最大微动量随载荷变化幅度较大,因此风电行星轮配合公差应选R6更合适;非稳态载荷工况下,通过数值积分计算获取不同过盈量下的配合面打滑极限载荷,该极限值作为评定实际服役工况下出现剧烈打滑现象的准则,因此设计时应考虑该极限工况。     

行星轮系的模态分析

采用有限元软件ANSYS对行星减速器中的行星轮系进行建模、划分网格及模态分析,计算了前六阶的模态。为避免结构在工作时发生共振提供了依据,同时为整个系统的动态响应计算和分析奠定基础。     

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。     

扭转微镜的动力学模型及其动态特性分析

扭转微镜中的静电和机械两个物理场是非线性耦合的，因此系统的数学模型及动态特性分析就变得很复杂。首先建立了扭转微镜的非线性动力学模型，然后采用直接积分法求解了系统的阶跃响应，通过数值模拟发现系统的固有频率随施加电压增大而减小、振动平衡位置随电压增大发生偏移等现象。对这些非线性现象进行了分析，有助于微镜系统设计和扩展微镜系统的应用范围。     

行星轮系动力学分析与响应表示方法研究

集中参数动力学建模是了解行星齿轮故障机理的有效手段,在利用集中参数模型仿真分析时,选择合适的变量表示系统的响应至关重要。针对现有方法不适于太阳轮固定的行星齿轮系统响应表示的问题,提出采用啮合线方向加速度直接叠加表示行星齿轮系统响应的方法,建立行星齿轮的平移?扭转模型;通过啮合线相对位移和啮合力信号及频谱分析,解释了三自由度选择的必要性,并验证了模型的正确性;与两种典型的响应表示方法比较,所提方法在齿轮正常和太阳轮故障时均具有较好的效果,可以有效提取啮合频率及故障频率;通过齿轮正常和太阳轮故障的实验信号频谱分析进一步验证了所提方法的合理性。     

计入结构柔性的风电齿轮箱行星轮系动力学特性研究

针对常规梁/壳单元无法考虑复杂构件几何特征、计算精度低和大规模有限元计算量大、系统级建模与动态分析困难的问题,提出一种计入结构柔性的行星轮系变速动力学建模方法。以某型5 MW级风电齿轮箱低速级行星轮系为研究对象,根据内齿圈结构及边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿与弹性支撑的耦合关系,通过引入啮合副变速表征变量和内齿圈虚拟振动线位移,将驱动轮转角与行星轮系多轮齿啮合状态进行关联,并计入行星架和太阳轮轴柔性,利用界面位移协调条件将各构件耦合,建立行星轮系变速动力学模型。研究结果表明,当5个行星轮受力平衡时,内齿圈轮齿节点瞬态变形整体呈“五角星”形状,并随着行星架旋转;行星轮系轮齿动载荷先增大后减小,变化趋势与单对齿啮合刚度相似;稳态工况下的内齿圈轮齿节点振动位移呈现大幅低频波动和高频振动的叠加特征;输入扭矩突变会破坏多个行星轮之间的动载荷平衡,而柔性内齿圈可在一定程度上吸收部分因冲击载荷引起的构件振动,提高了均载性能。     

考虑LTCA技术的功率双分支轮系动态特性分析

双路功率分支传动系统较多应用于航空系统传动装置中,为了揭示其动态振动机理,建立该系统的动态力学模型。采用承载接触分析(LTCA)技术计算齿轮副时变啮合刚度激励;利用集中质量法建立弯扭耦合的动力学微分方程,进行消除刚体位移和量纲归一化处理,采用数值解法,得到系统的时域-频域响应,给出动载系数与输入转速的函数关系。结果表明:系统动态特性受到输入转速的影响较大;啮合阻尼的增大,可以降低临界转速附近的动载荷;实验和理论具有较好的一致性。为进一步对该系统的优化设计提供理论基础。     

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。     

动态轨道衡称重模型建立与分析

利用ADAMS软件建立动态轨道衡称重系统模型,并通过实际测量来验证其可靠性,使软件仿真取代动态称重现场数据采集,降低测量劳动强度.首先根据实际的轨垫式轨道衡的称重结构原理建立模型,利用单一变量法改变质量或者速度,进行仿真称重过程,从而得到在不同的负载、不同速度下的仿真称重数据.然后再利用动态轨道衡实测相应数据,与软件仿真结果比较分析.结果表明,当车辆速度在20km/h以内,模型仿真结果与实际实验结果吻合,验证了动态轨道衡称重模型的可靠性,可用软件仿真取代动态称重现场数据采集工作,为动态轨道称重补偿研究奠定理论基础.     

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究EI北大核心CSCD

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。     

安装误差对变刚度系数的复合行星轮系均载特性的影响分析

以复合行星齿轮传动系统为对象,采用集中参数法,建立多自由度平移-扭转耦合非线性动力学模型。该模型在综合考虑轴承支承刚度、时变啮合刚度、齿侧间隙和齿轮安装误差的基础上,研究安装误差位置及其相位角对系统均载特性的影响。研究结果表明:中心构件的安装误差对系统产生均等的周期性影响,行星轮的安装误差会导致行星轮出现持续偏载或者均载现象;中心构件安装误差的相位角对系统均载系数没有影响,而行星轮安装误差的相位角对系统有影响,且沿切向分布时,影响最大。     

MEMS扭转微镜动态特性的有限元仿真分析

使用有限元方法分析了MEMS扭转微镜在真空无阻尼状态下的各项动力学特征,包括模态分析、谐响应分析、瞬态响应分析等,获得了微镜器件的模态固有频率、振型以及谐响应频率,重点研究了扭转微镜的不同部位振动状态之间的差别。     

行星滚柱丝杠副运转过程动态特性分析

以行星滚柱丝杠副为研究对象,建立行星滚柱丝杠副有限元模型。基于显式动力学有限元算法,采用全积分单元进行沙漏控制,通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度,对行星滚柱丝杠副进行动态特性分析。分析结果表明：随着滚柱转速增大,丝杠相对滚柱的轴向位移、速度大小及波动幅度均变大;不同转速下,螺纹牙上同一接触单元von Mises应力基本一致;同一转速下,丝杠副的4个螺纹牙上的接触单元均存在载荷分布不均现象,且第1个螺纹牙上的von Mises应力波动最大;丝杠侧接触单元von Mises应力大于螺母侧接触单元von Mises应力。     

同轴对转行星齿轮传动系统动态特性分析

本文以同轴对转行星齿轮传动系统为研究对象,基于齿轮系统动力学和Lagrange方程,采用集中参数法建立了同轴对转系统的耦合动力学模型,模型中考虑了轮系的支撑刚度、弹性耦合和功率流向。在各个齿轮副的偏心误差、齿频误差和时变啮合刚度共同作用下,用数值分析方法得到了同轴对转系统的位移响应和速度响应等时域动态特性,并对比了定轴轮系与差动轮系的载荷分配,为同轴对转传动系统的动态性能优化与振动噪声研究提供了依据。     

汽车轴系强迫扭转振动模型的建立及分析

扭转振动是汽车传动系设计的强度问题中,必须考虑的常规内容之一。由于计算及分析手段的进步,如今重点工作是探求惯量,阻尼,刚度等原始参数的精确化。而这个问题,又牵涉到轴系物理模型的精确化。参照内燃机轴系模型的建立方法,建立某型汽车传动系扭转振动模型。通过实验检测,证明建模方法和模型本身的正确性。     

含摩擦力的行星齿轮传动系统非线性动力学模型

建立了一种考虑摩擦力、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合啮合误差的2K-H型行星齿轮平移-扭转耦合非线性动力学模型。分析计算了啮合齿对间的相对位移,根据啮合区啮合齿对数不断变化的特点,推导出不同啮合齿对间摩擦力力臂计算公式,考虑了双齿啮合区的齿面摩擦力对齿轮系统振动的影响,推导了系统多间隙,变参数和多自由度的动力学微分方程组。最后运用变步长Gill积分法求解系统多自由度间隙型非线性微分方程组,得到了考虑滑动摩擦力影响时系统的振动响应。     

盘式分布拉杆转子系统扭转振动非线性动力学特性分析

随着燃气轮机技术的发展,盘式分布拉杆转子系统在燃气轮机等动力机械中得到广泛应用。主要研究盘式分布拉杆转子扭转振动的非线性动力学特性,通过考虑叶盘接触效应和拉杆等效简化,建立一个新的系统扭转振动方程。利用多尺度方法求解动力学方程解析解,并获得拉杆转子系统扭转振动幅频方程和解析曲线,根据奇异性理论获得系统转迁集,并利用动力学系统的扰动方程零解稳定性研究原系统的周期解的稳定特性,并发现系统动力学参数对其影响规律,并根据新模型建立实际结构参数与非线性动力学参数的联系,给出系统稳定性边界条件。分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义。     

减振滑靴非线性动态特性数值分析

针对以降低火箭橇系统在轨振动为目的设计的减振滑靴,对其动态特性进行了数值分析。通过平面压缩试验及经验公式确定了减振滑靴减振层天然橡胶的本构参数,进而由有限元模型获得其非线性刚度,据此建立了减振滑靴非线性动力学模型对其求解并进行了试验验证。数值计算结果表明,减振滑靴相较于传统滑靴有着较好减振能力,其减振效率随其载荷提高而提高,但由于引入橡胶使得其在大载荷及高过载条件下易出现“跳跃”现象。根据“跳跃”现象确定了减振滑靴工作边界,典型工况下在1 Ma(350 m/s)速度下每枚减振滑靴载荷应小于311 kg,在2 Ma(700 m/s)载荷则应低于181 kg。     

基于谐波平衡法的摆线钢球行星传动等速输出机构非线性动态特性研究

为揭示摆线钢球行星传动等速输出机构的非线性动力学行为,建立考虑机构钢球数目、输入激励、啮合副啮合状态及啮合刚度的纯扭转强非线性动力学模型。将啮合副预紧函数表现为多项式的形式,将啮合副间隙函数表达为描述函数的形式,通过谐波平衡法将微分方程组转化为非线性代数方程组,利用MATLAB进行求解,得到系统的基频稳态响应。通过改变钢球数、轴向压缩量与啮合刚度,分析参数变化对系统非线性特性的影响。结果表明,预紧系统只有两阶频率激发共振,系统非线性程度随钢球数、啮合刚度和预紧量的增加而减弱,预紧量是影响系统非线性程度的主要因素;间隙系统激发共振频率的阶数与钢球数目有关,幅频响应曲线出现典型非线性特征,出现单边冲击与双边冲击现象。基于多项式函数的谐波平衡法为深入研究摆线钢球行星传动系统的动态特性提供了一种有效方法。     

基于最小动态传动误差波动量的斜齿行星轮系齿轮修形研究

为抑制系统的振动和噪声,以动态传动误差波动量为指标,研究了斜齿行星轮系的齿轮修形策略。采用集中参数法建立了斜齿行星轮系的弯—扭—轴—摆耦合动力学模型,进而运用Runge-Katta法求解了各齿轮副的动态传动误差;借助Romax软件,数值仿真了轮系中各齿面的接触载荷;齿轮未修形时,轮系中各啮合副的动态传动误差波动量大、齿面载荷分布不均、存在明显的啮入啮出冲击;因此,针对该斜齿行星轮系制定了齿向鼓形、齿廓渐开线的修形策略;基于齿轮啮合原理,推导了修形函数在啮合线上的分量,并将其计入行星轮系的动力学模型,再通过数值计算,获得计入齿轮修形效应的各啮合副动态传动误差;运用响应面法拟合出齿轮修形量与啮合副动态传动误差波动量之间含交叉项的二次多项式函数,取其最小值对应的设计变量值为内、外啮合副独立修形时的最佳修形量;在此基础上,以内、外啮合副独立修形时的最佳修形量为设计变量均值,进一步拟合出斜齿行星轮系综合修形的响应面函数,并通过求解函数最小值获得轮系最佳修形量组合;最后,比较了修形前、后斜齿行星轮系的动态特性。结果表明:所提的修形方法能有效改善齿面受载状况,使各齿轮副的动态传动误差波动量降低到4μm以内。