基于动力学的风力发电机齿轮传动系统模糊可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮)轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。在此基础上,利用有限单元法、赫兹接触理论和数理统计理论得到了传动系统各齿轮和各支承轴承的动态接触力的概率分布,基于应力)强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统关键零部件的模糊可靠性模型,并计算了关键零部件及系统的模糊可靠度。     

采煤机截割部传动系统刚柔耦合动力学仿真分析

针对采煤机截割部传动系统动态特性问题,从刚柔耦合多体动力学理论出发,根据采煤机截割部传动系统的传动原理和结构参数,对采煤机截割部传动系统动态特性问题进行研究。以RecurDyn软件为仿真平台建立了采煤机截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。模型充分考虑传动轴各方向的柔性特征,以滚筒三向截割力为激励载荷,计算出传动系统中各齿轮啮合力、各轴应变及轴承连接处的接触。研究结果表明:第11对齿轮啮合力最大,为11 272 634.4N。轴承最大接触力发生位置为轴5上的轴承1,为912 317.98N。研究结果为传动系统的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。     

直齿圆柱齿轮传动系统的振动分析

研究了由齿轮、轴和轴承所组成的齿轮传动系统的扭转振动和横向振动,建立了该系统的振动数学模型和运动方程式,用模态分析法和状态空间法相结合的方法求解了该系统的多自由度时变非线性微分方程,求出了系统的动态响应、齿轮动载系数和振动加速度均方根值,为系统的动态分析做好了理论准备。     

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

齿轮轴承转子系统支撑刚度特性研究

建立考虑齿轮-轴承转子系统多刚体、多柔体及刚柔耦合的动力学模型,并采用不同轴承刚度计算方法获得支撑刚度。在此基础上,研究系统支撑刚度对齿轮动态啮合力及振动位移等响应的影响规律,并与理论值对比分析。研究结果表明:刚性体模型仿真结果与理论值相比数值普遍偏大,而柔性体仿真结果与理论值基本一致;齿轮-轴承转子系统支撑刚度对齿轮动态响应产生较大影响,支撑刚度取3倍齿轮啮合刚度时,齿轮振动角速度等值与理论值基本相符。因此,利用柔性体模型并选择合理的支撑刚度对齿轮-轴承转子系统的动力学仿真分析具有实际意义。     

基于刚柔耦合模型的变速器敲击特性

为研究变速器齿轮传动系统的敲击振动特性,专门设计了一台只包含两个档位的试验变速器。以该试验变速器为研究对象,综合考虑各零部件连接关系、齿轮内部动态激励、发动机转速波动和负载激励、轴承刚度阻尼特性以及箱体的柔性化特性,运用LMS virtual lab软件建立变速器的刚柔耦合多体动力学模型,分析了变速器齿轮系统敲击的产生条件并给出敲击时间历程与各影响因素的理论表达式,最后基于刚柔耦合模型对敲击各影响因素进行系统的分析研究。研究结果表明,通过合理地设计齿轮系统参数可以把敲击控制在理想范围内。     

设计参数对三环传动动态性能的影响分析

基于已有的动力学模型，以SHQ40偏置式三环传动为例，对设计参数系统动态性能的影响进行了分析。这些设计参数包括：行星轴承刚度、齿轮综合啮合刚度、输出轴支承轴承刚度、内齿板质量、齿轮啮合角、输入轴和支承轴间距及输入转速等，根据这些分析，可以提出改善三环传动动态性能的可能途径。     

一种改进的齿轮多体系统动力学模型

运用多体动力学理论建立了齿轮多体系统模型,该模型由可沿圆周转动的轮齿、弹性单元和齿轮本体组成,轮齿和齿轮本体虽然仍是刚体,但它们以转动弹簧-阻尼器相连接。采用了迟滞接触力模型分析轮齿间的啮合,为了验证该模型,分别以该模型、有限元模型和其他文献的模型研究单对渐开线直齿圆柱齿轮的啮合过程,对比分析表明:该模型的计算结果更接近于有限元方法,非常适用于齿轮系统的多体动力学分析。     

三环减速器热弹耦合动力学特性研究

针对三环减速器存在的发热严重、振动大、噪声高等问题,建立了齿轮-轴-轴承-箱体系统热弹耦合有限元模型,得出三环减速器整机的温度场,结果表明,输入轴行星轴承是主要的发热源。在此基础上,将热单元转换为结构单元,加载模型的节点温度,得出整机固有频率和振型。并施加齿轮内部动态激励,进行整机动态响应的数值仿真,结果表明,考虑热弹耦合后,固有频率有所降低,箱体表面的振动位移和加速度有所增大。为三环减速器的参数优化以及散热系统的合理设计提供一定的理论依据。     

随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析

针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。结合有限单元法和赫兹接触理论,得到关键零部件的应力时间历程,采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析,得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。     

考虑轴承刚度耦合性和非线性的多支撑轴系有限元分析方法

针对多支撑轴系分析的难点,提出一种考虑轴承刚度耦合性和非线性的有限元计算方法。建立一种轴承单元,考虑了轴承刚度的耦合性和非线性及轴承预紧、滚子锥角等细节因素,推导得到了轴承单元刚度矩阵的解析表达式。采用考虑了剪切变形的欧拉梁单元建立轴模型,将轴与轴承模型进行组合得到系统计算模型,并采用NR法进行求解。通过算例验证,所提出的方法能够准确地计算出给定外载荷下多支撑轴系中各轴承各方向的载荷和系统的变形,且具有较高的计算效率,适用于多支撑轴系问题的分析计算。     

轴角对人字齿轮分扭传动系统动态特性的影响分析

研究了航空发动机减速器人字齿轮分扭传动系统中轴角(分扭传动系统各齿轮几何中心所在位置形成的角度)对系统动态特性的影响。根据邻接条件、同心条件和安装条件等求解系统的轴角,基于有限元节点建模方法建立包含轴、轴承、齿轮转子和齿轮副啮合过程的动力学模型;基于转子动力学理论计算系统的动态响应,求解不同轴角下系统的动载系数和动态传动误差,分析轴角对分扭传动系统动态特性的影响。研究表明,轴角对系统的动态特性有较大影响,在轴角不同时,系统动态响应的频域分布有较大差异,且在不同转速下,轴角对各分支动载系数及动态响应影响程度不同。     

多轴齿轮传动系统的动力学仿真分析

以多点成形压力机中多轴齿轮传动调形单元为例，研究了传动系统输出响应的动态特性。从齿轮传动的基本原理出发，系统地分析了多轴齿轮传动系统的动力学模型原理，提出了基于齿轮副接触算法的动力学仿真模型。利用仿真模型建立的虚拟样机模型，综合考虑了多种影响动态响应的因素。仿真结果和理论分析结果相一致，所使用的仿真方法及得到的分析结果对工程设计及性能校核具有重要的参考价值和指导意义。     

涡扇发动机星型齿轮传动系统负载特性研究

针对涡扇发动机(Geared turbofan engine,GTF)星型齿轮传动系统,建立了齿轮-转子-轴承耦合动力学模型.该动力学模型考虑了星型齿轮的旋转运动、轴承时变支撑刚度、齿轮啮合刚度以及多齿啮合和综合误差之间的关系,研究了输入轴和输出轴上轴承位置对星型齿轮传动系统各部件浮动量以及负载分配特性的影响.结果表明,输入轴和输出轴上轴承的布置方式对太阳轮和齿圈的浮动量影响较大,对星型齿轮的浮动量几乎无影响;输入轴上轴承位置的变化对啮合负载分配均匀性基本无影响,而输出轴上轴承位置影响负载分配均匀性.     

刚柔耦合的齿轮传动系统动力学特性分析

为了进行齿轮传动系统的振动分析,利用三维建模软件建立了齿轮传动系统的刚体模型;利用有限元分析软件,通过生成模态中性文件建立了系统的柔体模型;并借助机械系统的动力学分析软件,对两种不同的模型进行了动态特性分析。两种模型综合考虑了传动系统中传动轴和支撑轴承的弹性以及箱体的刚度和阻尼对系统动态特性的影响,比较了不同模型下啮合齿轮的速度、啮合力和加速度的动态响应特性。仿真分析结果表明柔性体模型的仿真结果与实际更加接近,因此,把齿轮传动系统中的轴和齿轮作柔性化处理后再进行虚拟分析的动力学仿真更具有实际意义。     

陀螺电机轴连轴承生热分析

基于摩擦学理论,对轴连轴承组件生热进行了研究.针对轴连轴承组件的具体工况及结构特点,分析了轴连轴承组件的发热机理,建立了轴承组件内各部分功率损失计算模型,在此基础上得出了轴承总的生热和轴承各单元间的局部生热.以某型陀螺电机轴连轴承为例分析了不同工作转速和工作载荷对轴承总生热和各单元局部生热的影响.结果表明,轴承转速、轴...     

采煤机截割部传动系统建模与动力学分析

基于刚柔耦合多体接触动力学理论,对采煤机截割部传动系统进行了系统的研究,并以Recur Dyn为平台建立了包含传动系统齿轮,轴承和传动轴的采煤机截割部模型。考虑传动轴的柔性特性,建立采煤机截割部刚柔耦合传动系统。对系统中各零件之间接触参数进行设定,并进行动力学仿真分析,直观动态的描述了采煤机传动系统的工作过程。研究结果表明:第12对齿轮啮合力最大,其值为1 808 210. 8 N。轴4应变值最大,为0. 081。揭示了刚柔耦合系统和刚性系统在齿轮啮合力曲线及其频域信息的不同之处,为传动系统的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。     

星型轮系人字齿轮传动系统动力学建模与振动特性分析

以一种星型轮系人字齿轮传动系统为研究对象,基于有限元节点法,建立了考虑轴-轴承-刚性转子-齿轮啮合作用的系统级动力学模型。基于轴承振动速度均方根值随转速的变化规律,分析了系统的动态特性;将理论分析结果与试验数据进行对比,验证了模型的可行性;综合分析齿轮系统的振动特性和模态特性,对系统进行了共振定位和共振原因分析。研究表明,理论分析与试验结果具有较好的一致性。研究为星型轮系人字齿轮传动系统的共振预测和共振原因分析提供了有价值的参考方法。     

复杂多级齿轮-转子-轴承系统的动力学建模和数值仿真

以啮合线与水平线的夹角作为参考角度,总结了该参考角度在不同象限时沿着啮合线的相对位移的求解方法,根据此方法可以方便地求出多级齿轮系统的动态啮合力.建立了复杂多级齿轮-转子-轴承系统的动力学模型,模型中考虑了时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量、轴承刚度和弹性轴的影响.采用数值仿真方法求解了系统的动态响应,得到了转频、啮合频率及其边频带、啮合频率之间的组合频率及其边频带.为工程实践中的多级齿轮-转子-轴承系统的振动特性分析和故障诊断提供了依据.