波动转矩下渐开线直齿轮传动齿廓修形研究

分析了齿轮转速波动和齿面、齿背啮合相位差对啮合点的影响,结合单、双齿啮合和修形边界条件并采用解析法计算啮合刚度,建立了与齿轮实际运动状态和啮合状态相关的非线性啮合刚度模型,该模型可与齿轮非线性动力学方程实时反馈,更加准确地描述齿轮传动过程中的啮合刚度。建立了考虑间隙、非线性啮合刚度的2自由度单级齿轮传动非线性动力学模型,在波动转矩的作用下,对比研究齿廓修形参数对齿轮动态特性的影响。研究结果表明:修形量对齿轮动态特性影响显著,存在最优修形量使动载系数达到最小;当修形量超过某临界值齿轮产生单边或双边冲击现象,齿轮动载荷明显增加;外载荷一定,增加修形长度可降低动载系数最小值;波动转矩作用下,齿轮的最大修形量为最小转矩作用下单齿啮合最高点的变形量。     

齿廓修形人字齿轮副时变啮合刚度计算方法

为准确计算考虑轮齿修形和受载变形的人字齿轮副啮合刚度,推导了含齿顶和齿根修形的人字齿轮齿面方程,基于势能法和数值积分公式,提出了计及齿廓修形参数和退刀槽宽度的人字齿轮啮合刚度精确计算方法,并通过有限元仿真分析验证了算法的正确性;而后分析了不同退刀槽宽度、修形参数及输入转矩等对人字齿轮副重合度和啮合刚度的影响规律.结果 ...     

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。     

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。     

一种改进的齿轮非线性动力学模型

在考虑齿面摩擦、齿轮时变啮合刚度和齿侧间隙的情况下,推导出了改正的齿轮副系统的非线性动力学模型,应用符号运算软件,编写符号运算程序,得到了齿轮副非线性振动微分方程。该模型在计算摩擦力时,考虑了载荷在啮合区的动态分配,并根据啮合区单双齿交替的特点提出用周期扩大法建立摩擦力、齿轮时变刚度的模型,改正的齿轮非线性动力学模型是一个周期系数分段线性的非自治系统,与以前所建立的模型相比,该模型的参变系数是具有相同周期的周期函数,新的齿轮非线性动力学模型的建立为求解时变的齿轮动力学方程近似解析解带来方便。     

降低斜齿轮噪声的对角修形优化设计

为了减小振动与噪音,提出以承载传动误差幅值、啮入冲击力与啮合线向加速度均方根最小的斜齿轮对角修形多目标优化设计方法：通过设计对角修形曲线,计算齿面网格节点修形量,经过3次B样条拟合为对角修形曲面并与理论齿面叠加构造了修形齿面,通过TCA、LTCA得到轮齿的承载变形,计算轮齿啮合刚度,并根据啮合冲击理论计算啮合力,建立斜齿轮振动模型,采用遗传算法确定了最佳修形齿面。通过算例表明：对角修形斜齿轮的啮入啮出位置发生了变化,啮入啮出端基本不承担载荷,承载后可以保持较高的重合度,因此在斜齿轮减振降噪中更为显著。     

摆动活齿传动系统振动的动力学模型

针对摆动活齿传动机构的动力学特点，对摆动活齿传动系统的弯曲振动、扭转振动及其耦合效应进行了分析，并综合考虑了系统输入轴的弹性、输出轴轴承的弹性及活齿与激波器、内齿圈的啮合弹性等的影响，建立了摆动活齿传动系统的动力学模型，导出了系统的多自由度时变系数弹性动力学方程。应用矩阵迭代摄动法，对摆动活齿传动系统的固有频率进行了求解和分析。     

多级齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析

以锥-平行轴-行星多级齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差、齿侧间隙等因素的18自由度弯-扭-轴耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程进行求解,研究其耦合非线性振动特性。计算结果表明：随着齿侧间隙的增大,系统响应经倍周期分岔进入混沌运动,且侧隙对系统动态特性的影响随着负载的增大逐渐减小;随着负载的增大,系统响应由混沌经逆倍周期分岔进入单周期响应,齿轮副啮合状态由双边冲击、单边冲击过渡到无冲击状态;当输入转速减小时,混沌区域覆盖的负载范围也随之减小。     

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。     

不同形式齿廓偏差对直齿轮副振动的影响规律

通过建立齿轮承载接触分析模型,计算了考虑齿面误差分布时齿轮的啮合刚度和综合啮合误差。综合考虑时变啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励的影响,建立了直齿轮副弯扭耦合动力学模型,分析了不同形式齿廓(中凸、中凹、正压力角、负压力角)偏差对系统振动的影响规律。结果表明,中凹齿廓齿轮的振动最大;负压力角偏差齿轮作从动轮时振动仅次于中凹齿廓;在多数载荷条件下,正压力角偏差齿轮的振动要小于负压力角偏差齿轮,中凸齿廓齿轮具有比理想齿廓齿轮更小的振动。研究结果为进一步提出齿轮误差控制原则提供了有效参考。     

Backlash effect on dynamic analysis of a two-stage spur gear system

Gearbox dynamics are characterized by a periodically changing stiffness due to multiple teeth contacts. In real gear systems, a backlash also exists that can lead to a loss in contact between the teeth. Due to this loss of contact, the gear has piecewise linear stiffness characteristics. This paper examines the effect of backlash in the two-stage gear system. A purely torsional gear system is formed by three shafts connected to each other by two spur gear pairs. Using standard methods for nonlinear systems (Newton-Raphson algorithm), the dynamic behavior of a gear system with backlash is examined. Amplitude jumps in systems due to backlash are observed.     

基于动态子系统修改的动力总成悬置声学优化设计

基于腔体声振特性的动态子系统修改方法,将车辆动力总成悬置系统视为附加于车体上的子系统,揭示出车内噪声声压与悬置弹性元件的刚度、阻尼特性参数之间的直接定量关系.并为确保求解效率且降低对计算环境的要求,采用响应面法对其加以近似处理.进而,以降低车内噪声声压为目标,以悬置弹性元件的刚度、阻尼特性参数为设计变量,建立了悬置特性的声学优化设计模型.最后,以5t越野集装箱叉车为算例,证实了所提优化设计方法的有效性.     

基于齿轮动态激励和弹流润滑的多目标优化

依据齿轮啮合动态激励基本原理和弹性流体动力润滑理论,建立同时追求齿轮啮合时变刚度激励最小、齿间最小油膜厚度最大(倒数最小)及齿轮传动总体积最小的约束多目标优化设计数学模型.对现有的用于两目标优化设计的粒子群优化方法加以改进,给出了约束3目标优化设计方法.利用Matlab编制优化程序,并对范例进行分析计算.优化过程及结果表明,采用较多的齿数,在小于1的范围内采用较大的正变位系数,适度采用较大的压力角可以增大轮齿啮合综合刚度谱图中基频谐波的幅值,有效地提高齿轮传动系统抵抗内部激励振动的能力及性价比.     

轮齿修形对兆瓦级风电齿轮箱动态特性的影响

增速齿轮箱作为风力发电系统的核心装置,其动态性能直接影响到整个风电系统。本文分析了兆瓦级风电齿轮箱基本结构及传动原理,对各级齿轮传动轮齿修形量进行分析计算,并确定其修形曲线及参数。在兆瓦级齿轮箱台架上对修形前后齿轮箱的动态特性进行试验分析,结果表明：合理的轮齿修形能提高风电齿轮箱的动态性能;齿轮箱振动频率主要集中在中间级啮合频率、高速级啮合频率及其倍频,修形后这些频率处的振动加速度、时域冲击、振动烈度均相应减少。研究为风电齿轮箱的修形和动态性能的优化提供了重要依据。     

单自由度齿轮传动系统安全盆侵蚀与分岔

齿轮啮合过程中的振动幅值超过一定限度,会造成系统稳定性的破坏,影响其安全特性。为研究齿轮传动系统的安全特性,以单自由度直齿圆柱齿轮传动系统为研究对象,数值计算了随着综合传递误差波动系数和时变刚度波动幅值增大时系统在考察区域内的安全盆,分析了系统的安全盆侵蚀与分岔过程。结合系统相图、Poincaré映射图分析了系统在考察区域内的运动转迁过程,并计算了系统的最大Lyapunov指数图(TLE)及分岔点的Floquet乘子;借助多初值分岔图进一步分析了系统安全盆侵蚀与分岔现象及演变规律。结果表明:一定范围内随着参数的增大,系统不同运动的吸引域演变导致安全盆的侵蚀,系统的安全性逐渐变差;在考察区域内,系统运动分岔和周期跳跃引起安全盆的分岔;周期跳跃使原运动部分初值的安全盆产生新的安全盆,另一部分初值的安全盆保持不变,而倍化分岔和鞍结分岔则使原安全盆全部分岔为新的安全盆。研究结果可为直齿圆柱齿轮系统的参数设计和选择提供指导,为保证齿轮传动系统的安全服役提供理论依据。     

二级圆柱斜齿轮系统耦合动态响应分析

应用集中参数法建立了一种计及时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差的二级圆柱斜齿轮传动系统弯－扭－轴－摆耦合动力学模型,推导并求解了传动系统的动力学微分方程组,得到了二级圆柱斜齿轮传动系统的动力响应。基于有限元法建立了箱体的动力学分析模型,在得到传动系统动态响应及轴承结合部动力学参数数值基础上,对箱体进行了动力响应分析。在将齿轮系统划分为传动系统与箱体两个子系统的基础上,实现了对整个齿轮系统的动力学分析。     

带有齿根裂纹故障的齿轮传动系统非线性动力学模型研究

在考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、传递误差和质量偏心的情况下,利用集中质量法及牛顿定律建立了齿轮传动系统非线性振动微分方程.通过时变啮合刚度仿真了齿根裂纹故障,进而建立了具有齿根裂纹的非线性动力学故障模型.该模型在计算摩擦力时,考虑了载荷在啮合区的动态分配以及利用齿轮副的检验标准与公差值来确定齿轮副的传递误差.模型数值解的结果与故障特征的规律相符,为频谱机理的分析及故障特征的提取提供了有力的理论依据.     

内激励作用下齿轮箱动态响应与振动噪声分析

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差等内部激励的影响,建立了齿轮箱稳态动响应分析模型。采用模态叠加法进行求解,得到了齿轮箱节点位移动响应时域历程,对激励中各谐波成分对齿轮箱动响应的影响做出了分析。采用声固耦合的方法对齿轮箱噪声辐射进行求解,得到了齿轮箱噪声谱。计算了齿轮箱各板面对声场总声压的贡献度,依据板面贡献度计算结果,提出了模型改进方案,并对各改进方案的降噪效果做出了评估,为齿轮箱的设计提供了理论依据     

The effects of spur gear tooth spatial crack propagation on gear mesh stiffness

Due to the presence of non-uniform load distribution, local non-homogeneity of material quality and potential misalignment of gear shafts and bearings, etc., spatial cracks may occur in the fillet region of spur gear teeth. These cracks will eventually propagate in three distinct directions either individually or simultaneously. These directions are the crack depth direction, the tooth width direction and the tooth profile direction. In this paper, an analytical investigation of the influence of spatial crack propagation on the time-varying Gear Mesh Stiffness (GMS) and also the Load Sharing Ratio (LSR) is presented. In order to quantitatively define the spatial crack propagation scenario, the involute spur gear tooth geometry cut with a typical double rounded rack is first determined using two parametric equations. The effects of some gear design parameters and initial crack locations on GMS and LSR are determined and compared with the results from previous papers that used Finite Element Analysis (FEA) in order to verify the proposed analytical model. Finally, a quasi-parabolic crack propagation scenario is assumed, in which 7 propagation cases and 3 typical crack growth paths on the tooth surface are investigated to determine their effect on the maximum reduction of GMS when compared to normal conditions. The results are important for the dynamic simulation of gear transmission behavior, and consequently helpful for the monitoring of gearbox working condition and detection of early crack damage that may exist in gear sets.     

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。