基于动态啮合力刚度的剥落齿轮动力学建模及动态特性研究

齿轮在啮合传动的过程中,常会产生齿轮轮齿表面剥落等故障,影响齿轮正常传动.而目前剥落齿轮动力学模型大多基于恒定载荷计算啮合刚度,未考虑啮合刚度与动态载荷之间的非线性关系,难以真实反映齿轮传动的啮合状态.针对该问题,构建了一种新的剥落齿轮动力学模型.该模型的啮合刚度通过动态载荷与齿轮动力学模型相互耦合,动态表达齿轮剥落啮...     

航空发动机减速器齿轮齿面剥落故障分析

某型航空发动机减速器在试车过程中出现磁堵报警,通过分解检查发现报警是由减速器某主动齿轮齿面出现剥落所引起。经过分析最终确认：故障齿轮副齿顶圆角均偏小进而导致应力集中;前期超扭状态下,该齿轮接触印痕重载区下边界在齿根位置扩展,存在明显的局部应力集中,导致齿面损伤;且喷嘴堵塞,润滑不足,进而出现点蚀,并进一步扩展为剥落。针对此次故障,该文提出改进措施并通过试验验证可行性,所得经验可为今后齿轮类似故障提供参考。     

齿面磨损及轴承间隙对齿轮动力学的影响研究

齿面磨损及轴承间隙是影响齿轮系统动力学的重要因素,为揭示齿面磨损及轴承间隙对齿轮系统动力学的影响,建立了6自由度弯扭耦合模型,该模型考虑了齿面磨损、轴承间隙、摩擦及齿侧间隙等因素。通过Runge-Kutta法对动力学微分方程进行求解并得到系统的动态响应。研究结果表明,当齿轮由未磨损状态转变为轻微磨损状态时,齿轮系统动态传递误差振幅减小,振动减小;随着齿面的不断磨损,到达严重磨损时,动态传递误差振幅增大,振动加强;齿轮动态传递误差的振幅随着轴承间隙的增大逐渐增大,同时系统发生谐振现象,影响系统的稳定性。     

斜齿面齿轮齿面接触问题的有限元-线性规划解法

提出了一种基于有限元及线性规划计算斜齿面齿轮齿面接触区域载荷分布及啮合刚度的方法.建立了斜齿面齿轮齿面的数学模型,基于matlab实现其齿面及接触轨迹的可视化;基于有限元思想,并结合线性规划改进的单纯形算法,得到齿面接触区域各点载荷分配;根据接触区域平均变形量和载荷计算了啮合齿对的啮合刚度;计算了接触区域最大压应力,并...     

剥落故障演变对直齿轮副啮合刚度的影响研究

作为机械装备中的关键传动机构,渐开线直齿轮在啮合传动过程中,受极端工况影响,轮齿表面极易引发剥落缺陷,改变齿轮副啮合刚度,严重影响其工作性能和传动效率.针对轮齿表面剥落形貌演变过程中的齿轮副啮合刚度,以拓展后边缘线与原矩形剥落边缘线夹角描述剥落故障演变,结合势能法构建了含剥落故障齿轮副的啮合刚度计算模型.结果表明,当齿轮副发生齿面剥落时,会使剥落区域参与的啮合区间啮合刚度减小,并且随着剥落参数的增大,齿轮啮合刚度减小趋势增大;当剥落区域沿齿轮副轴向中心面不对称时,齿轮易发生扭转变形而产生扭转刚度;同时,由于摩擦力存在,剥落区域边缘会进一步拓展,使剥落区域的宽度增大,导致齿轮副时变啮合刚度曲线变化的区间范围增大.     

势能法计算剥落故障齿轮时变啮合刚度

剥落故障发生时,齿轮啮合刚度变化引起的振动响应特征是实现齿轮故障诊断的重要依据。针对剥落故障对轮齿时变啮合刚度的影响,提出将势能法应用于计算剥落故障齿轮时变啮合刚度的模型。分析了故障长宽厚参数对其时变啮合刚度的影响,得出沿轴向的宽度参数对啮合刚度下降影响最为明显,厚度参数影响最小;通过势能法中5要素对比,分析出赫兹刚度和基体柔性变形刚度是影响剥落故障时变啮合刚度的关键因素,为快速求解故障刚度提供新途径。     

渐开线斜齿轮齿面动态闪温研究

分析了ISO闪温公式在计算斜齿轮齿面闪温时的不足,根据固体表面温度分布场理论,建立了ISO闪温公式在斜齿轮齿面闪温中的计算方法。在运用三维有限元法计算斜齿轮齿面载荷分布的基础上,成功地计算了斜齿轮齿面闪温分布。采用动态热电偶测温方法,测试出斜齿轮传动的实际齿面闪温分布,与理论计算结果比较,取得了相符的结果,并得出有益的结论。     

面齿轮传动系统点蚀故障动态响应分析

为揭示面齿轮传动系统在齿面点蚀条件下的动态特性,提出了基于面齿轮理论齿面的点蚀齿面表达方法,建立点蚀面齿轮有限元模型,采用有限元法计算面齿轮副啮合刚度,研究了点蚀面积对啮合刚度的影响规律。建立面齿轮传动系统动力学模型,从时域、频域及时频域角度分析了不同点蚀面积下传动系统的动态响应。结果表明：齿轮副啮合刚度随点蚀面积增大而减小,当多个轮齿出现点蚀,啮合刚度降低速率增大;圆柱齿轮加速度响应有明显的周期性冲击现象,故障振动信号的频谱中出现了以啮合频率为中心的调制边频带,通过时频谱推导出含点蚀轮齿的位置范围,信号的脉冲因子及裕度因子的增长速率较大,对点蚀故障敏感;研究结果为含早期微小点蚀面齿轮传动系统的故障诊断提供理论依据。     

剥落形状对齿轮啮合刚度及动力学特性的影响

传统的剥落齿故障研究主要探讨剥落齿在不同剥落深度和不同剥落宽度的情况下齿轮刚度变化,具有较大的局限。针对此问题,对剥落形状、剥落形状分布对齿轮刚度和动力学的影响进行了研究。首先,取剥落图形在分度圆上,在此条件下取不同剥落图形。然后,在传统势能法基础上,考虑齿轮啮合位置变化时剥落宽度变化,以此为基础求出不同剥落图形的刚度变化曲线;再结合动力学变化,对于不同故障振动加速度信号进行分析,说明剥落形状因素影响齿轮相关指标,使得剥落齿轮与正常齿轮难以判别,指标相互混叠。提出使用概率密度函数与峭度值相结合的方法,利用概率密度函数曲线判断齿轮故障状态。发现此种方法可以有效抵消形状因素对于指标的干扰,具备较高可行性及判别能力。     

斜齿轮动力接触分析及动态特性优化

以某斜齿轮副为例,建立了该齿轮副的参数化三维几何模型及动力接触有限元分析模型。采用显式动力学计算方法对轮齿动态等效应力、齿根弯曲应力、主从动轮的相对转速及冲击力等动力学特性进行了数值仿真。分析表明,轮齿在啮合过程中存在较大的啮合冲击;主从动轮间有明显的转速差,且从动轮负载转矩越大,冲击力就越大。同时对齿廓修形与齿轮副动态特性间的关系进行了详细研究,并基于计算数据提出了改善齿轮副冲击与齿根应力的最佳修形参数,以达到优化其动态特性的目的。     

齿侧间隙函数对斜齿轮动力学特性的影响

考虑斜齿圆柱齿轮的齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等非线性因素,建立三自由度单级斜齿圆柱齿轮轴-扭耦合非线性动力学模型。以直齿圆柱齿轮传动中采用的"分段线性"齿侧间隙函数为基础,经高次拟合得到适合斜齿圆柱齿轮啮合特点的齿侧间隙函数。采用变步长Rungekutta法数值求解所建立的斜齿圆柱齿轮系统动力学方程,得到系统在两种不同齿侧间隙函数下的非线性动态响应结果。综合运用分岔图、最大Lyapunov指数、相图、Poincaré映射图和FFT频谱图分析了两种不同齿侧间隙函数下频率对系统分岔与混沌特性的影响。经对比分析,高次拟合得到的齿侧间隙函数更符合斜齿圆柱齿轮传动系统的特点。     

修形人字齿轮传动系统动态特性分析

利用抛物线代替齿条刀具切削刃上的部分直线,实现人字齿轮齿高修形;通过预控抛物线型传动误差,结合刀具切削刃的方程,推导齿条刀具与轮齿的啮合方程,实现人字齿轮齿向修形。建立人字齿轮弯-扭耦合动力学模型和系统的振动微分方程。根据人字齿轮轮齿接触分析方法(TCA)求出齿高修形和齿向修形齿轮的传动误差,并作为误差激励代入人字齿轮动力学方程中,进行修形人字齿轮的动特性研究。通过计算得出预控抛物线传动误差修形可以降低人字齿轮传动的动载系数,从而更有效地达到减振降噪的目的。     

直升机斜齿轮传动的动力学特性分析

多轴斜齿轮传动广泛运用于直升机并车级中。通过建立直升机并车级斜齿轮传动动力学模型,分析系统的固有特性,获得系统的动态响应,并分析不对称载荷对斜齿轮动力学特性的影响。分析表明,由于系统结构对称性,其固有特性表现出良好的规律性。当输入载荷相同时,输入端齿轮运动对称,某些模态响应被抑制,输出端齿轮只存在扭转振动和轴向振动;当输入载荷不对称时,被抑制的振动会重新产生,且不对称度越大,该振动越显著。     

含齿廓偏差的斜齿轮动力学特性研究

为了研究齿廓偏差对斜齿轮动力学特性的影响,基于理论渐开线和齿廓总偏差值建立了含齿廓偏差的误差渐开线数学模型,并以一对渐开线斜齿轮为研究对象,利用UG建立了含齿廓偏差的斜齿轮副三维模型,运用ADAMS对理想模型的可靠性进行验证,同时结合ANSYS对理想和误差模型的从动轮角速度、从动轮角加速度进行了对比分析。结果表明,ADMAS动力学仿真与ANSYS瞬态动力学分析得到的结论基本吻合,即齿廓偏差的存在对斜齿轮副从动轮角速度、从动轮角加速度影响显著。     

含轮齿剥落的齿轮系统动力学故障模拟

利用计算机对齿轮传动系统进行动态仿真,建立了考虑轮齿啮合摩擦力的直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的动力学模型,根据不同接触位置上扭转啮合刚度的值,通过采用Matlab数值计算方法求解系统的时变非线性微分方程,模拟在扭转激励下,有剥落缺陷系统的动态响应,通过比较得到其与无缺陷系统响应的不同.仿真计算结果表明,该模拟方法能对齿轮传动系统的动力学性能做出较为全面的预测,为齿轮故障诊断提供参考.     

斜齿轮的参数化建模与动力学分析

利用Pro／E的三维参数化功能,实现斜齿轮的三维参数化建模,并在Pro／MECHANICA与ANSYS联合的环境下对其进行了动力学分析。在以后的斜齿轮的建模过程中,可以大大缩短设计周期。     

人字齿轮分扭传动系统动力学建模与动态分析

以某航空发动机人字齿分扭传动减速器为研究对象,基于有限单元节点法建立考虑轴、齿轮转子陀螺效应、轴承支撑、系统阻尼及齿轮啮合作用的人字齿分扭传动系统动力学模型,计算人字齿时变啮合刚度,根据实测齿面计算出静态传递误差。根据建立的系统动力学方程,按振动理论方法计算得到轮系典型模态,经试验测试验证了计算模态的正确性;利用NewMark法对系统的时域及频域响应进行仿真计算,计算得到的系统时域响应收敛且存在调制现象,频域分析中存在啮合频率的次频、倍频与轴频。计算结果均与试验结果基本相符。研究工作为航空齿轮传动动态性能分析提供了有参考价值的方法。     

斜齿轮系统动力学行为研究

针对斜齿轮系统,建立包含齿侧间隙、轴承间隙和啮合阻尼比等在内的齿轮系统非线性动力学模型.采用集中质量法建立齿轮系统的运动微分方程,并进行无量纲化处理.利用四阶龙格库塔法进行数值求解,得到齿轮系统在不同啮合阻尼比、输入载荷下系统的分岔图、相图以及Poincaré映射图,最后结合实际,对磨损状态的齿轮系统进行分析.结果表明...