点蚀与剥落对齿轮扭转啮合刚度影响的分析

为了模拟齿面点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度的影响,提出了利用ANSYS软件对齿轮传动扭转啮合刚度有限元模型的建模和计算方法。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度,并利用MATLAB比较了有点蚀剥落与无点蚀剥落齿轮的扭转啮合刚度的变化情况。模拟结果表明,点蚀和剥落的存在使齿轮的扭转啮合刚度减小,特别是在轮齿的单啮合区时,对扭转啮合刚度的影响剧烈。     

细高齿齿轮啮合刚度及动态特性研究

为了研究细高齿齿轮的振动特性,以一对标准齿齿轮和细高齿齿轮为对比研究对象,建立直齿轮传动系统平移-扭转动力学模型;采用有限元方法求解细高齿齿轮的时变啮合刚度,分析了负载对刚度的影响规律;通过Newmark-β时间积分法计算齿轮的振动响应,对比标准齿齿轮和细高齿齿轮传动系统的轴承动载荷及齿轮啮合激励,求解了不同转速下两对齿轮系统的输入、输出轴承动载荷。结果表明,细高齿齿轮啮合为两齿-三齿交替接触,刚度变化减弱;轴承动载荷波动幅值较标准齿大幅降低,啮合频率及其倍频幅值明显下降,轮齿间啮合力减小。     

斜齿圆柱齿轮传动的静态啮合刚度和动态啮合刚度

本文根据齿轮啮合原理，推导出斜齿圆柱齿轮啮合瞬时接触线长度的计算方法。根据斜齿轮啮合的轮齿弯曲变形影响函数和接触变形影响函数［１］、［２］、［３］，计算了斜齿圆柱齿轮的轮齿变形和单对齿刚度；并导出斜齿轮的静态啮合刚度和动态啮合刚度的计算式。最后通过实例计算分析了齿轮误差和参数对啮合刚度的影响。     

齿轮综合啮合误差计算方法及对系统振动的影响

通过将轮齿变形分为线性宏观变形和非线性局部接触变形两部分,建立齿轮承载接触分析修正模型,并利用两层迭代将非线性接触问题转化为多个线性代数方程组进行求解。根据各接触点变形关系,提出已知齿面误差分布时啮合刚度和综合啮合误差的确定方法。通过引入刚度激振力将参变的运动微分方程组化为定常微分方程组,并利用傅里叶级数法求解其稳态解。以一对斜齿轮副为例,分析了齿轮误差在不同扭矩和转速下对系统振动的影响规律。研究发现,由于轮齿误差的存在,齿轮副啮合刚度在轻载时会减小,从而导致系统共振转速降低;受重合度和轮齿变形的影响,综合啮合误差的幅值远小于齿面原始制造误差幅值。此方法可用于分析不同误差类型及分布形式对系统振动的影响规律,为进一步建立齿轮误差控制原则提供了有效手段。     

基于规划法的弧齿锥齿轮扭转啮合刚度特性研究

弧齿锥齿轮的扭转啮合刚度计算是进行其动态特性分析的基础。笔者结合线性规划法与有限元法,在轮齿承载接触分析的基础上,建立了弧齿锥齿轮副的扭转啮合刚度计算方法。在将弧齿锥齿轮承载接触问题转化成线性规划问题时,引入了轮齿接触柔度张量和齿对差异向量,使接触模型更加精确。利用该方法求解了弧齿锥齿轮的扭转啮合刚度,并分析了同一扭矩下扭转啮合刚度随主动轮转角的变化,以及不同扭矩下扭转啮合刚度的变化规律。     

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.     

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.     

考虑时变啮合刚度的风机传动链动态性能

针对大型风力发电机组齿轮传动链动态刚度引起的机组结构振动问题,综合轮齿弯曲变形、齿根过度圆角处的基体变形和接触变形等因素,建立齿轮时变啮合刚度的量化分析模型,并与有限元动态啮合模型对比验证理论模型的正确性。在此基础上考虑齿轮时变啮合刚度和轴扭转刚度推导1.5 MW风力机传动链的动态总刚度,用于分析传动链在动态刚度下固有特性变化规律及传动链临界转速对动态刚度参数的敏感性,量化显示动态刚度幅值变化引起的临界转速波动。研究表明,齿轮时变啮合刚度的波动会引起传动链临界转速的不稳定,增大时变刚度幅值会引起转子系统临界转速的升高,但总体上啮合刚度波动对临界转速的影响处于非敏感区。本研究对揭示风力机齿轮传动链的内部刚度激励机理和实现系统动态性能优化设计提供理论依据。     

谐波齿轮啮合刚度的有限元分析

谐波齿轮啮合刚度计算是其动力学分析的基础。基于有限元加载接触分析原理,结合谐波齿轮的静态及动态接触特点,以单个轮齿啮入-啮出过程中的不同位置为研究对象,选取接触位置离散点,对各离散点的啮合数据进行提取分析,得到了单个轮齿不同啮合位置的单齿刚度曲线及综合啮合刚度曲线。并与已有研究成果进行了对比,验证了该方法的正确性,为研究谐波齿轮传动的动力学特性提供了依据。     

渐开线齿轮传动的扭转刚度研究

齿轮传动刚度的计算对于动力传动系统的振动噪声研究具有重要意义,基于Abaqus软件的有限元计算研究了渐开线齿形的直齿轮啮合扭转刚度。研究中,采用了接触模型处理了齿与齿之间的啮合关系,得出单齿模型整个啮合周期内多个状态下的扭转刚度结果,分析了齿轮刚度计算的石川公式,并与有限元计算结果进行了比较,分析了精度和误差来源。还采用接触有限元模型计算了全齿轮模型啮合刚度,得出直齿轮啮合刚度的变化规律。根据直齿轮有限元计算结果,给出了斜齿轮啮合扭转刚度的快速计算方法。     

齿轮传动系统的动态模拟

针对齿轮副非线性振动问题展开研究,综合分析了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励对齿轮系统振动的影响。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度。在进行齿轮副非线性振动的分析时,综合考虑了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励等非线性因素,建立了齿轮副非线性动力学模型,采用变步长四阶Runge-Kutta数值积分方法求解了系统的动态响应。     

齿轮-转子系统的振动特性分析

根据转子动力学和齿轮啮合的基本原理,建立了考虑陀螺力矩的齿轮转子系统的动力学模型,以此求得齿轮转子啮合刚度矩阵和阻尼矩阵。探讨了啮合刚度、支承刚度对系统固有频率以及系统稳定性的影响。结果表明齿轮的啮合刚度对弯曲振动以及弯扭耦合振动固有频率的影响不大,而当啮合刚度介于2×105~2×108之间时,对弯扭耦合振动的相对稳定性却有较大的影响;另增大支承刚度,固有频率相应提高;减小跨距可以提高系统的稳定性。分析结果对工程应用具有重要的意义。     

基于虚拟样机技术的行星轮系的动力学仿真研究

将行星轮系扭转振动模型与虚拟样机技术结合在一起,建立力学分析模型对行星传动进行动力学仿真,考虑了行星轮系传动过程中的时变啮合刚度和齿侧间隙等因素,可较方便、准确地获得行星轮系在传动过程中的一些动态特性,为行星轮系的优化设计、寿命预测等提供了理论依据.     

Mesh relationship modeling and dynamic characteristic analysis of external spur gears with gear wear

Gear wear is one of the most common gear failures, which changes the mesh relationship of normal gear. A new mesh relationship caused by gear wear affects meshing excitations, such as mesh stiffness and transmission error, and further increases vibration and noise level. This paper aims to establish the model of mesh relationship and reveal the vibration characteristics of external spur gears with gear wear. A geometric model for a new mesh relationship with gear wear is proposed, which is utilized to evaluate the influence of gear wear on mesh stiffness and unloaded static transmission error (USTE). Based on the mesh stiffness and USTE considering gear wear, a gear dynamic model is established, and the vibration characteristics of gear wear are numerically studied. Comparison with the experimental results verifies the proposed dynamic model based on the new mesh relationship. The numerical and experimental results indicate that gear wear does not change the structure of the spectrum, but it alters the amplitude of the meshing frequencies and their sidebands. Several condition indicators, such as root-mean-square, kurtosis, and first-order meshing frequency amplitude, can be regarded as important bases for judging gear wear state.     

发动机激励下行星传动非线性啮合力特性

建立了发动机波动转矩激励下的行星传动纯扭非线性振动模型,模型中考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差以及各行星轮位置相角时变性。根据信号调制原理,分析了行星排啮合力边频带的产生原因。把发动机转速、转矩分成4种典型工况,在时域和频域内对行星排啮合力进行深入分析。研究表明,啮合力以单边冲击为主,啮频倍频与部件转频倍频调制普遍存在,受发动机工作状态影响相对较小,啮频倍频与波动转矩频率倍频调制则受工作状态影响很大,高速重载时作用最显著。该结论为行星齿轮传动设计提供了依据。     

RV减速器传动系统动力学特性分析

为深入研究工业机器人用RV减速器动力学特性,采用集中参数法,综合考虑啮合阻尼、时变啮合刚度以及综合啮合误差,建立了RV传动耦合扭转动力学模型,通过数值解法对建立的动力学方程进行求解,得到其振动位移、振动角速度响应及各齿轮副动态啮合力。基于UG与ADAMS建立RV减速器动力学模型,进行仿真分析实验,验证动力学模型的正确性。通过改变啮合刚度分析了啮合力的变化,随着啮合刚度的增加,在一定范围内,传动过程中的啮合力更加稳定,为RV减速器的故障诊断和优化设计奠定基础。     

Simulation study on dynamics of cylindrical gear meshing with the evolution meshing stiffness

Simulation study on the cylindrical gear meshing with the evolution gear meshing stiffness is being done for better understanding the dynamic characteristics of the kinematics.With consideration of damping,bearing clearance and gear backlash nonlinearity,the dynamic model is set up and computed in MATLAB.The analysis about the relationship between the kinematic responses and the meshing stiffness are carried out.And the results showed that as the gear mesh stiffness is changed from small to large,the performance of the system is changed from the harmonic stable periodic motion to with one times,two times,four times,ending chaos of the stability of the bifurcation.The research results would have theoretical guidance value for the fault diagnosis in engineering.     

Simulation study on dynamics of cylindrical gear meshing with the evolution meshing stiffnessEI北大核心CSCD

Simulation study on the cylindrical gear meshing with the evolution gear meshing stiffness is being done for better understanding the dynamic characteristics of the kinematics.With consideration of damping,bearing clearance and gear backlash nonlinearity,the dynamic model is set up and computed in MATLAB.The analysis about the relationship between the kinematic responses and the meshing stiffness are carried out.And the results showed that as the gear mesh stiffness is changed from small to large,the performance of the system is changed from the harmonic stable periodic motion to with one times,two times,four times,ending chaos of the stability of the bifurcation.The research results would have theoretical guidance value for the fault diagnosis in engineering.     

面齿轮传动分扭系统扭转振动的固有频率分析

基于集中质量法,建立了面齿轮传动分扭系统的动力学模型,模型中考虑了系统的扭转振动自由度。列出了系统的刚度矩阵和质量矩阵,求出了系统的各阶固有频率,分析了输入轴和面齿轮轴的扭转刚度以及面齿轮啮合刚度对系统固有频率的影响。结果表明,输入轴和面齿轮轴的扭转刚度对系统的高阶固有频率有较大的影响,面齿轮平均啮合刚度对系统的低阶固有频率有较大的影响。     

基于线性规划法的齿轮啮合刚度与载荷分布计算的改进方法

齿轮副啮合刚度和轮齿传递载荷的周期性变化是齿轮系统产生振动的主要内部激励之一。本文提出了一种基于线性规划法计算轮副啮合刚度和载荷分布的改进方法。该方法利用造型软件Pro-E建立具有真实渐开线齿廓的齿轮实体三维模型,运用有限元软件ANSYS计算齿面柔度系数。该方法的另一优势是整个计算过程能够实现参数化。文末利用本文提出的方法计算了一对外啮合斜齿轮,计算结果证明改进方法有效。