考虑摩擦剥落故障的直齿轮副啮合刚度研究

针对直齿轮副从动轮轮齿由于受到交变与热应力载荷而发生点蚀剥落故障时齿轮副时变啮合刚度变化问题,本文选取矩形剥落区域简化计算,建立齿轮副齿面剥落的物理模型,以势能法推导当发生非对称剥落故障时齿轮副传动任意时刻的啮合刚度;同时通过建立齿面摩擦模型,研究了基于定摩擦因数下和时变摩擦因数下齿面摩擦和点蚀剥落故障对齿轮副啮合刚度的综合影响,推导考虑齿面摩擦的剥落故障齿轮副啮合刚度计算解析式。研究结果表明,当齿轮发生非对称齿面剥落故障时,轮齿因发生扭转变形而产生扭转刚度,齿轮副啮合刚度减小;齿面摩擦对啮合刚度影响较为复杂,其会增加直齿轮副双齿啮合区间和单齿啮合区间啮入阶段的啮合刚度,减小单齿啮合区间啮出阶段的啮合刚度。     

圆柱斜齿轮动态强度与疲劳损伤仿真

为更好满足使用要求,对圆柱斜齿轮进行精确设计与加工,利用非线性有限元仿真软件MSC Marc对圆柱斜齿轮动态啮合过程齿面接触应力和齿根弯曲应力变化规律进行研究,利用疲劳分析软件MSC Fatigue对轮齿齿根弯曲疲劳寿命进行仿真计算,并根据设计寿命计算出安全寿命系数,为齿轮设计提供理论依据.     

弧齿锥齿轮展成齿面的几何建模

根据弧齿锥齿轮的加工原理,基于齿轮啮合理论,由刀盘参数详细推导了大轮和小轮的齿面方程,根据一对齿轮的加工参数在MATLAB中计算并采集了齿面数据,在Pro/E中对数据进行了光顺滤波去噪处理,建立了精确的弧齿锥齿轮展成曲面,得到的曲面数据更适合CAE分析,分析与检验表明建立的精确弧齿锥齿轮齿面几何模型精度高.通过建立的弧齿锥齿轮几何模型可以用于模拟装配、干涉检验、啮合动态仿真和进行有限元分析,为弧齿锥齿轮的优化设计、制造和分析检验打下了基础.     

求解面齿轮啮合轨迹的新方法

根据面齿轮传动的点接触原理,提出一种求解面齿轮啮合轨迹的新方法,假设小齿轮、刀具、面齿轮三齿面同时啮合,通过求解小齿轮一刀具接触线和面齿轮一刀具接触线的交点,以确定它们在固定坐标系下的啮合线,从而反求面齿轮和小齿轮齿面上的啮合轨迹;通过MATLAB的数值计算功能,利用新方法求解了面齿轮传动的啮合轨迹,并与轮齿接触方法(TCA)求得的面齿轮啮合轨迹进行对比,发现结果一致,证明了方法的可行性;对安装误差下的面齿轮传动进行了分析,研究了不同安装误差对面齿轮啮合轨迹的影响.     

某电动机构齿轮副静态接触与动力学仿真

某电动机构在工作过程中发现齿轮传动中心距超差并发生齿轮副传动失效故障,需要分析中心距超差对齿轮传动失效的影响.传统赫兹理论的推导存在许多假设,存在一定局限性.为了获得更加准确的结果,对故障齿轮副进行了有限元静态接触分析和动力学仿真分析.通过有限元静态接触分析获得了某电动机构故障齿轮副啮合过程中的齿面接触力与等效应力情况,通过动力学仿真获得了不同中心距条件下齿轮副传动过程中的角速度、角加速度及接触力的动态过程.结果表明,中心距的超差使输出转速的波动明显增大,使角加速度的峰值增大并引起了高频振动,同时使最大齿面接触应力增大,进而导致了某电动机构齿轮副的失效.     

直齿行星齿轮动力学建模与分析研究

建立了直齿行星齿轮的动力学模型.其中,齿与齿之间的啮合非线性由弹簧-阻尼器-间隙-啮合误差环节模拟.提出了一种以行星轮转角为变量的时变啮合刚度与时变啮合误差表达形式,解决了变转速下行星齿轮动力学模型的描述和求解问题.通过对动力学模型进行求解,分别研究了转速、齿侧间隙、啮合误差和负载等重要参数对行星齿轮动力学特性的影响.     

考虑齿轮啮合激励的齿轮传动轴系扭振特性分析

在传统齿轮传动轴系扭转振动计算中,将齿轮副简化为单一惯量而忽略齿轮啮合动态激励,会导致轴系扭转振动特性分析的结果不能正确描述轴系实际工作状态.本文以齿轮传动轴系为对象,考虑齿轮啮合的动态特性,建立轴系扭转振动当量模型.对齿轮啮合时变刚度和啮合激励力进行Matlab数值模拟.将Newmark逐步积分法应用于轴系扭转振动强迫振动响应的计算中,计算在齿轮啮合动态激励扭矩和外加负载扭矩的分别作用和共同作用下的轴系扭转振动响应情况,比较分析结果,说明了齿轮啮合动态特性是轴系扭转振动的重要激励源而不可忽视这一事实.     

基于接触有限元法的齿轮多齿时变啮合刚度数值分析

针对传统齿轮刚度计算中,无法准确考虑齿轮啮合时由接触和惯性因素引起变形的问题,采用接触有限元法计算齿轮的多齿时变啮合刚度,并将计算结果分别与石川法和改进石川法的计算结果进行比较.在计算中采用参考单元辅助解决动态分析时无法提取各子步接触变形的问题.结果表明,接触有限元法与石川法的计算结果较吻合,最大值相差12.4%;与考虑轮体变形的改进石川法相比更加吻合,最大值相差10.2%;该方法计算的刚度曲线反映出由接触变形而导致齿轮实际重合度小于理论重合度的现象,计算结果较石川法和改进石川法更能反映真实情况。     

双不确定参数作用下双稳态能量采集系统的随机响应分析

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明：计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.     

纯电动汽车高速齿轮传动全工况抑振修形方法

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明：计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.     

基于啮合频率调制现象的齿轮振动信号辨识

齿轮是大多数旋转机械设备的核心零部件,也是主要的振动来源.为了评估齿轮箱的健康状态,从机械系统信号中提取齿轮箱的振动成分具有重要意义.齿轮的啮合频率包含了反映其运行状态的丰富信息,是进行齿轮在线监测和故障诊断的前提条件.通过理论分析和试验验证,解释了啮合频率调制现象,也就是当齿轮在重载条件下工作时,啮合频率会以啮合冲击的形式被调制到高频共振区.基于此现象,提出了一种齿轮振动信号辨识方法.在此方法中,通过迭代获得啮合能量比图,以确定啮合共振频带.此方法的性能通过试验台试验和叉车现场试验进行了验证.通过与快速谱峭度方法进行对比,证明所提出的方法适用于齿轮振动信号辨识,尤其是当齿轮处于重载条件时.     

A new method for calculating time-varying torsional stiffness of RV reducers with variable loads and tooth modifications

Rotate vector (RV) reducers have advantages of high torque ratio, and extremely reliable functioning under dynamic load conditions, and so forth, and they are extensively used in precision transmissions, such as industrial robots. The torsional stiffness of RV reducers is a main parameter affecting the meshing vibration and transmission performance. In addition, the variable loads and tooth modifications have significant influence on the torsional stiffness of RV reducers. In this paper, a new method of calculating torsional stiffness for RV reducers considering variable loads and tooth modifications is presented. The dynamic stress and deformation of meshing teeth are calculated based on Hertz formulation, and the number of meshing teeth is determined by analyzing the dynamic stress of meshing teeth. Then, the torsional stiffness of RV reducers is obtained. Finite element method is applied to calculate the deformation of cycloidal-pin gear in the maximum force position δ_max. The influence of variable applied loads and different tooth modifications of cycloidal-pin gear transmission on torsional stiffness are also studied. The results show that variable applied loads and different tooth modifications influence the torsional stiffness of RV reducers by changing teeth deformation and clearance, respectively.     

减速器系统振动与声辐射特性研究

建立了齿轮减速器系统的三维实体模型和有限元模型,利用ANSYS有限元软件进行网格划分和对减速器系统进行了动力学特性与响应分析,得到了系统的各阶固有频率和振型;在此基础上提取出减速器系统5个外表面和高、低速齿轮表面各单元面积、中心点坐标和节点振幅等物理量,然后结合声场理论的离散瑞利积分法,并考虑各壁板隔声量的影响,通过声场叠加原理计算得到了减速器外声场各点处所辐射的声压和声强值,并将此数值仿真结果与已有的实际测量数据进行了比较,表明用数值仿真和声学理论相结合的方法来进行齿轮系统振动噪声预估的正确性,这对减速器系统的减振降噪和噪声控制具有重要意义。     

随机齿侧间隙下行星齿轮系统的修形方法研究

建立一个包含随机齿侧间隙、摩擦、时变啮合刚度等影响齿轮振动因素的行星齿轮系统动力学模型.使用非线性动力学方法对系统进行求解,并分析激励频率对系统的影响.提出修形的主动降噪措施对系统进行改进,重新计算行星齿轮系统的动力学方程.求解并分析激励频率对改进之后系统的影响,并和原始系统得到的结果对比,可以看出修形对于齿轮系统的减振是有效的.     

相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性.以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同.论文从转子动力学角度研究了齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据.     

锥齿轮传动系统的非线性动力学行为

主要研究了锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为.在滑动轴承或挤压油膜阻尼器中,油膜力是齿轮传动转子系统非线性的一个重要来源,并且与轴承的结构参数、转子的转速和作用力等多个因素有关.首先在刚性转子、齿轮不脱啮等假设条件下,考虑了锥齿轮间的广义位移约束关系,建立在非线性油膜力作用下锥齿轮传动的多转子耦合系统动力学模型.由于油膜力具有强非线性特性,因此采用数值分析方法,结合系统的稳态响应、Poincaré映射和分叉图等多种手段分析系统的动力学行为.通过初步研究得到如下结论:对于不平衡锥齿轮传动的转子系统,在低转速时转子轴心的运动与转速同步;随着转速的增加系统出现2倍周期运动等复杂的分叉现象.这些振动特征可以为这类系统的动力学设计、结构参数优化和运动状态监测等提供必要的理论依据.     

Adaptive Nonlinear Finite Elements for Deformable Body Simulation Using Dynamic Progressive Meshes

Realistic behavior of deformable objects is essential for many applications such as simulation for surgical training. Existing techniques of deformable modeling for real time simulation have either used approximate methods that are not physically accurate or linear methods that do not produce reasonable global behavior. Nonlinear finite element methods (FEM) are globally accurate, but conventional FEM is not real time. In this paper, we apply nonlinear FEM using mass lumping to produce a diagonal mass matrix that allows real time computation. Adaptive meshing is necessary to provide sufficient detail where required while minimizing unnecessary computation. We propose a scheme for mesh adaptation based on an extension of the progressive mesh concept, which we call dynamic progressive meshes.