基于增量谐波平衡法的人字齿轮副非线性频响特性分析

建立了考虑时变啮合刚度、恒定间隙、动态间隙、静态传动误差和外部动态激励的人字齿轮副扭转动力学模型,采用增量谐波平衡法分别求解了恒定间隙和动态间隙下系统的频响特性,用Runge-Kutta数值法对计算结果进行验证,分析了时变啮合刚度、阻尼、静态传动误差及外载激励对系统幅频特性的影响.结果表明,系统中不仅存在着主谐波响应,而且存在着超谐波响应;时变啮合刚度、静态传动误差对系统幅频响应有激励作用,阻尼对系统幅频响应有抑制作用,改变外载激励对系统幅频响应状态变化的影响不大;相比于恒定间隙,增加动态间隙幅值能进一步控制齿轮系统的非线性振动.     

大型能源装置齿轮传动间隙非线性时变动力学分析

针对某大型能源装置齿轮传动系统,应用拉格郎日方程,建立了系统的非线性动力学模型,模型中考虑了齿轮副的啮合综合误差、时变啮合刚度以及齿轮的啮合间隙。用数值解法获得了在有间隙非线性时变的情况下系统的动态响应,利用时间历程、相平面、Poincare映射以及Fourier频谱分析了该系统的基本性质,并研究了该装置中时变啮合刚度对动态特性的影响。     

基于时变啮合刚度与齿侧间隙的斜齿轮副动力学研究

为研究斜齿轮副啮合过程中螺旋角与驱动扭矩对斜齿轮副动力学特性的影响,建立了基于时变啮合刚度与齿侧间隙的斜齿轮副6自由度弯扭轴耦合动力学模型.利用斜齿轮副瞬时接触线,计算理论时变啮合刚度;结合齿侧间隙函数,通过4阶龙格库塔数值积分法,求解斜齿轮副的振动响应,分析螺旋角与工况对斜齿轮副振动响应的具体影响.研究发现,随着螺旋...     

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。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

含时变啮合刚度和齿距误差的斜齿轮动力学分析

齿轮是汽车变速器传动系统的动力载体,其动力学特性很大程度上决定了变速器的振动特性。利用时变接触线法求解了理论时变啮合刚度;结合齿距误差等内部激励建立了单对斜齿轮副弯扭轴耦合非线性动力学模型。采用龙格库塔方法进行数值求解,得到了斜齿轮副的振动响应时域曲线、频谱图。研究结果表明,时变啮合刚度越小,齿轮振动程度增大越迅速。加入齿距误差后,振动加速度时域特性以轴向振动变化最为明显,且齿距误差越小,振动强烈程度增大越缓慢。     

含时变刚度和齿侧间隙的斜齿轮系统非线性振动分析

针对斜齿轮系统的扭转振动,在考虑时变刚度和齿侧间隙这两种非线性因素的条件下,建立了斜齿轮副的单自由度纯扭模型。分析了时变刚度和齿侧间隙的非线性特征,并给出了表征方法。对含非线性因素的动力学模型中进行化简求解,分析了齿宽对时变刚度的影响,结果表明,若齿宽使轴向重合度εβ为1(整数)时,时变刚度的幅值约为零。分析了齿侧间隙的大小对系统的影响,对于斜齿轮副,在间隙60μm时,系统振动随间隙增加几乎呈线性增加,当间隙再增大时,系统振动对间隙的变化不敏感。     

考虑安装误差的斜齿轮啮合刚度计算与分析

斜齿轮啮合刚度的分析计算是进行齿轮动力学研究的基础。根据齿轮啮合原理及坐标变换理论利用数值分析方法建立了含有安装误差的斜齿轮啮合有限元模型,提出了考虑安装误差时斜齿轮啮合刚度的有限元计算方法。将安装误差参数化,利用有限元软件仿真分析不同安装误差下斜齿轮啮合刚度的变化,用准静态过程模拟动态行为的方式,得到时变啮合刚度,分析了不同安装误差下时变啮合刚度波动的变化规律。分析结果表明,安装误差会降低啮合刚度,尤其是角度偏差影响更为严重,同时角度偏差对啮合刚度的影响具有一定规律的耦合作用。不同安装误差对啮合刚度的影响具有不同的规律,且轻载条件下的影响较重载明显。     

时变速度和阻尼激励下地铁齿轮传动系统的动力学响应分析

为探究地铁不同车速阻尼对传动系统非线性动力学响应的影响,建立地铁斜齿轮弯-扭-轴动力学模型,模型考虑了齿轮副啮合过程中产生的时变啮合刚度、啮合误差以及间隙非线性等系统参数,以及地铁运行工况下的外部参数。通过对六自由度系统微分方程的无量刚处理以及方程归一化,运用变步长四阶Runge-Kutta数值积分法对齿轮动力学模型进行数值分析,获得齿轮系统动态响应状态图。借助时间历程图、相平面图、庞加莱截面图和分岔图等系统状态判定标准,定性分析系统激励频率、啮合阻尼比变化下系统周期运动、拟周期运动、分岔和混沌运动等的演化历程。结果表明,当地铁高速运转、啮合阻尼比大时斜齿轮传动系统运动稳定。最后通过实验验证了其正确性。     

齿轮非线性系统仿真及动态响应分析

考虑复杂交变载荷、啮合刚度、啮合间隙、制造和安装误差等因素,建立了复杂激励下桥式起重机减速器齿轮副间隙非线性多自由度动力学模型,利用MATLAB/Simulink中的RungeKutta法对齿轮间隙非线性动力学模型进行数值仿真求解,分析了负载、齿侧间隙、激励频率及阻尼比等参数变化对系统动态性能的影响。     

Calculation of time dependent mesh stiffness of helical planetary gear system using analytical approach

Time-dependent mesh stiffness is a most important reason of vibration and dynamic excitation in gear sets. In this research, analytical formulas of the helical gear set and the planetary gear system are combined to calculate the time-dependent mesh stiffness of the helical planetary gear system. For this purpose, at the first step, the analytical equations are derived for the spur gear pair. Then by dividing a helical tooth into the several independent thin spur tooth slices, the helical gear pair mesh stiffness is extracted. Finally, these equations are extended to the helical planetary gear system. The suggested analytical results and those which obtained by the finite element method (FEM) are compared and are in good agreement when the helix angle is less than 15 degrees. Also, the helical planetary gear system mesh stiffness in different cases such as fixed carrier, fixed sun gear and fixed ring gears is calculated. These results show that the value of mesh frequency ratio in each case scales the mesh stiffness shapes in the rotation angle direction. In other words, mesh frequency ratio parameter determines the number of meshing period in each rotation of planets.     

多平行轴齿轮耦合转子系统的振动响应

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统膨胀机子系统为研究对象,建立了斜齿轮啮合副动力学模型和转子系统有限元模型,考虑了齿轮啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向的影响,推导出齿轮啮合刚度矩阵。基于模态叠加法,对弯-扭耦合转子系统膨胀机子系统进行了固有特性分析和瞬态方式的不平衡响应分析,得到齿轮啮合前、后系统加载处的不平衡响应变化曲线。研究表明,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,系统可能会在某个非固有频率处不平衡响应进行积累叠加,出现最大振动的现象,同时识别出共振峰的产生机理。齿轮耦合对转子系统动力学特性产生了很大的影响,使系统振型表现为耦合振型,必须以耦合的方式分析系统的振动特性,为防止系统发生大的振动提供依据,对齿轮系统的设计和故障分析具有指导意义。     

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。     

齿轮故障对直齿轮副时变啮合刚度的影响研究

提出了一种基于计算机仿真的解析法,用于量化齿轮副在不同齿轮故障情况下的时变啮合刚度.齿轮故障在影响齿轮副传动的同时往往也伴随着刚度的降低,时变啮合刚度是状态监测和啮合齿轮副动态特性描述的一项重要参数,势能法是计算时变啮合刚度最常用的分析方法之一.采用势能法研究了含裂纹齿轮、断齿和齿面剥落等3种故障情况对于齿轮啮合刚度的...     

变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

随机内外激励对齿轮系统动态特性的影响分析

考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等因素的影响,建立了单对齿轮系统纯扭转非线性动力学模型。将齿轮综合传递误差波动和外部载荷作为随机变量,利用数值仿真方法对系统模型进行了求解,通过统计分析得到了系统各响应量和动态啮合力的统计特征。结果表明:外部激励的随机性对齿轮系统振幅和动态啮合力的影响比综合传递误差波动随机时明显;综合传递误差及外部激励随机波动离散程度的增加会导致系统振幅和动态啮合力不稳定性加剧。     

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.     

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。     

Effects of dynamic transmission errors and vibration stability in helical gears

Transmission error is an important reason for instability in helical gears. A six-degree-of-freedom dynamic model coupled flexional, torsional and axial motion of a helical gear transmission system, which includes time varying mesh stiffness, bearing supporting stiffness, mesh damping and backlash, is developed, after taking into account the dynamic characteristics and vibration responses of helical gear in three dimensions. Influences of involute contact ratio, bearing supporting stiffness, mesh damping and backlash on the dynamic transmission errors and vibration stability of the helical gear system are investigated using numerical simulation technique. The effects on dynamic transmission errors and stabilities by contact ratio, supporting stiffness and mesh damping as well as gear backlash are analyzed. The intrinsic relationship between above parameters and dynamic transmission errors and stabilities for helical gear system are presented. The stable and unstable regions under different parameters are given. The results in this paper can be helpful to the dynamic and stable design of a helical gear transmission system.     

考虑磨损的直齿轮啮合刚度计算与分析

基于能量法和Archard磨损模型,提出了一种考虑磨损的齿轮啮合刚度数值计算方法.根据展成法原理,建立了精确的齿廓曲线方程.利用能量法计算齿轮单齿啮合刚度,并通过分段1阶傅里叶级数拟合获得齿轮总啮合刚度.以Archard磨损模型为基础,计算得到齿面法向磨损量与啮合点处压力角的关系.计算分析了不同磨损量对齿轮啮合刚度的影...