齿轮系统的拍击振动分析模型

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下，建立了单间隙齿轮系统拍击振动分析的集中质量模型，该模型具有3个转动自由度。利用碰撞动力学原理给出了齿轮副相互碰撞前后的速度映射关系。计算结果表明，当激励幅值较小时，齿轮副处于齿面啮合状态，系统表现为与激励周期相同的单周期振动；当激励幅值较大时，齿轮系统表现为时而齿面啮合、时而脱啮碰撞状态且无规律，为典型的混沌状态；当激励幅值很大时，齿轮系统处于非正常啮合状态且脱啮碰撞，系统呈周期或拟周期振动。     

转速激励下齿轮系统拍击振动的分岔特性

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负载力矩的减小,齿轮副依次出现三种振动状态,即:①完全啮合的振动状态; ②仅有齿面碰撞的脱啮碰撞振动状态;③同时具有齿面碰撞和齿背碰撞的脱啮碰撞振动状态。通过倍周期分岔, 系统振动由周期转变为混沌,而在混沌区域中还存在一些周期窗口。齿轮副在振动状态转变的过程中均出现了跳跃现象,而跳跃过程的振动周期并不改变。分岔过程揭示出系统具有复杂的非线性特征。     

多因素条件下单级齿轮系统的非线性特性

考虑啮合刚度、齿侧间隙和轴承支撑间隙等因素,运用集中质量法建立了三自由度直齿圆柱齿轮副弯扭耦合非线性振动模型,并据此研究了各参数对齿轮系统非线性振动特性的影响。结果表明：齿侧间隙一定时,随着频率的升高,系统由周期运动通过激变直接进入混沌,然后又由混沌通过激变变为周期运动;在周期运动中,系统经过倍周期分岔,由双周期运动变为四周期运动,然后又通过逆倍周期分岔,由四周期运动变为双周期运动,之后又由双周期运动变为单周期运动;不同的输入转频条件下,间隙变化使系统表现出不同分岔特性,在某些特定频率下,间隙变化只增加系统响应能量变化,并不改变其动力学特性。     

齿轮系统拍击振动中的高速碰撞和低速接触

针对以往研究齿轮系统拍击振动方法存在的不足，提出了齿轮系统拍击振动中高速碰撞和低速接触的概念。在分析计算基础上给出了区别高速碰撞和低速接触的判断标准，并提出了分析齿轮系统拍击振动的新方法。利用所提出的新方法研究发现，齿轮系统的拍击振动存在3种不同类型，即无回弹的时而啮合时而脱啮拍击振动状态、有回弹的时而啮合时而脱啮拍击振动状态以及完全的脱啮拍击振动状态，而不同类型的拍击状态在振动强度上有很大的区别。     

间隙-频率参数平面内单级直齿轮系统动力特性综合分析

为揭示含间隙的齿轮系统分岔、啮合冲击、脱啮和动载系数间的耦合关系,在间隙与频率参数平面内以单级齿轮系统的动力学模型为研究对象,用CPNF法求解其周期/冲击、脱啮占空比、齿背啮合比、动载系数伪彩图。研究表明:间隙和频率耦合下系统表现出复杂的综合动力特性,随频率和间隙变化系统经倍化、Hopf、激变、擦切、鞍结分岔由周期运动通向混沌;分岔和啮合冲击突变导致脱啮占空比、齿背啮合比、动载系数阶跃性增大;在系统共振频率和小间隙范围内因混沌、拟周期运动和双边冲击的影响其脱啮、齿背接触、动载系数达到极值。     

齿轮传动系统的参数稳定性及振动特性分析

考虑齿轮时变啮合刚度与齿侧间隙,建立齿轮副系统动力学模型。利用Floquet理论推导了参数激励作用下齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线。采用Newmark-β数值求解法对齿轮系统进行动力学仿真,研究了时变刚度、齿侧间隙、啮合阻尼对齿轮传动系统动力学特性的影响。研究结果表明:当参数激励的频率等于派生系统自由振动周期的2/n倍时,系统可能产生参数共振,随着参数激励频率的增加不稳定区域逐渐增大;齿侧间隙的存在则导致齿轮系统产生多值解和幅值跳跃等典型的非线性动力学特征;随着外部激励幅值和阻尼比增大及内部激励幅值的减小,齿轮系统的非线性振动特征逐渐减弱。     

变速器齿轮非线性振动机理研究及稳定性分析

针对变速器齿轮啮合传动啸叫现象进行了齿轮系统非线性振动响应机理及稳定性分析,建立单自由度轮齿间隙非线性动力学模型。采用理论仿真与数值分析相结合方法,利用MATLAB进行数值仿真求解。研究齿侧间隙、阻尼比及激励频率等参数对齿轮系统非线性振动啸叫机理及稳定性的影响规律。结果表明：随着侧隙的不断增大,系统趋向混沌且无周期性;阻尼的增加,系统从混沌状态趋于周期变化;激励频率的多段变化,系统穿插着周期解。通过对关键非线性因素的考虑可以最大程度地降低齿轮传递动力时产生的振动与噪声,找出最佳啮合状态,降低噪声,提高舒适性。     

齿轮系统参数平面内的分岔结构

基于含有间隙和时变啮合刚度的非线性单级齿轮系统动力学模型,对参数平面内周期运动和混沌运动的分岔结构进行了研究。通过分岔计算得到了啮合刚度的波动幅值、激励频率、激励力的波动幅值以及平均激励力分别与阻尼比构成的参数平面内的域界;通过多项式曲线拟合,得出了相应的域界方程;并由拟合方程确定了周期运动的稳定参数域和混沌吸引子的激变点。结果表明,通过对参数平面内分岔结构的研究,稳定参数域可以为非线性齿轮系统的分析和设计提供依据;混沌吸引子的激变点有助于确定不稳定周期轨道,以便于控制混沌。     

齿轮-转子-轴承系统复合故障振动特性研究

针对齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时齿轮副振动响应,结合齿轮副模型和滚子轴承模型,基于拉格朗日方程建立了36自由度的齿轮-转子-轴承系统耦合振型,设定齿轮副主动轮剥落和轴承表面损伤复合故障,研究了复合故障下齿轮副的振动响应。结果表明,在健康的齿轮-转子-轴承系统振动响应下,系统振动时域幅值较为均匀,振动频谱主要为轴承外圈特征频率和齿轮副啮合频率;当齿轮副发生剥落单故障时,系统振动频谱上出现啮合频率与转轴频率调制生成的边频带;当齿轮-转子-轴承系统发生复合故障时,系统振动时域上的振动幅值增大,振动愈加复杂,频域信号调制现象严重,而且调制生成的信号幅值增大,但在其振动频域上可以找到其故障频率以及调制生成的谐波频率,以此可以判断系统的故障类型。     

差速齿轮传动系统的动态啮合力影响规律研究

以差速齿轮传动系统为研究对象,建立动力学模型和系统振动微分方程,以齿轮副的准静态传递误差作为系统的动态激励,通过Matlab/Simulink求解系统振动微分方程,开展了差速齿轮传动系统从定轴状态到差动状态下,差动输入转速大小和方向对动态啮合力的影响规律研究.结果表明:差速齿轮传动系统从定轴状态到差动状态,动态啮合力的幅值先快速衰减,之后保持不变,动态啮合力随时间周期变化.差动输入正向时,快速衰减阶段的最大动态啮合力随着转速增大而减小;反向时,随着转速增大而增大.差动输入正向时,周期变化阶段的最大动态啮合力随着转速增大而增大;反向时,随着转速增大而减小.