人字齿行星传动固有特性及模态突变现象分析

建立了NGW型人字齿行星传动的平移-扭转耦合动力学模型。依托所建模型,推导出系统的运动微分方程,进而通过求解特征值问题获知系统的固有频率和振型。根据传动系统的运动特征,将NGW型人字齿行星传动的自由振动归纳为3种典型振动模式,即:中心构件轴向扭转振动模式、中心构件径向平移振动模式和行星轮振动模式。在模态跃迁、相交原则的基础上,从振动模式和模态能量角度进一步分析了两种固有频率轨迹突变现象对传动特性的影响。结果表明,模态相交现象发生时,固有频率振动模式和模态能量均发生突变式交换;模态跃迁现象发生时,模态能量发生突变但不交换,且突变较平缓,而振动模式不变。最后,通过具体实例仿真验证了所得结论的正确性。论文工作可有效预估人字齿行星传动系统的固有频率及模态、能量突变位置,从而为减噪抑振及参数优化提供基本的理论依据。     

星形人字齿轮传动系统振动模式的理论研究

采用集中质量法建立了含N个星轮的星形人字齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学模型和动力学方程。模型中将人字齿轮看作由两斜齿轮通过无质量弹簧连接而成。求解了系统的固有圆频率和固有振型,根据振动模式将星形人字齿轮传动系统的固有振动模式进行分类,并对其重根数和固有频数个数进行了理论研究。结果表明：星形人字齿轮传动系统含有4种典型振动模式,即：中心构件轴向-扭转耦合模态(重根数 r=1),星轮模态(重根数 r=N-3,N>3),中心构件平动模态(重根数 r=2),星轮与中心轮耦合模态(重根数 r=2)。     

行星齿轮传动固有频率的统计特性分析

建立了2K-H直齿行星齿轮传动平移-扭转耦合模型,分析了行星传动的固有特性。基于传动系统的三种典型的振动模式(扭转振动模式、平移振动模式和行星轮振动模式),以及有关的特征敏感度计算方法,引入随机参数,以解析形式给出了三种振动模式固有频率的统计量计算方法,并对模态跃迁造成的方差突变现象做了初步研究。指出在发生模态跃迁的参数敏感位置,参数的随机性导致了行星齿轮传动的动态特性不稳定,在动态设计中应小心避开。仿真结果证明了所得结论的正确性。     

滑动轴承支承人字齿轮行星传动固有特性分析

考虑滑动轴承支承刚度不对称和耦合特性,建立计入内齿轮轴向振动的人字齿轮行星传动动力学模型。利用4个刚度系数描述行星轮滑动轴承支承油膜刚度。分析系统的自由振动特性,发现系统存在5种振动模式:中心轮扭转—轴向振动模式、内齿轮扭转—轴向振动模式、中心轮横向振动模式、内齿轮横向振动模式和行星轮振动模式。根据每种振动模式的振型特征,推导出5种模式固有特性的低阶计算公式。系统固有频率的分布范围比直齿、斜齿行星传动系统小。结果表明,油膜刚度不对称不会对振型特征产生影响,但是刚度耦合不对称时中心轮横向振动模式会发现显著变化:对应的二重固有频率变成两个不同的单重频率,振型呈现新特征。     

二分支人字齿轮传动系统的固有频率参数灵敏度分析

针对某大功率舰船中常用的二分支人字齿轮传动系统，计算其固有频率的参数灵敏度数值，分析了啮合刚度、转动惯量、制造误差等结构参数的变化对传动系统固有频率的影响；建立分支传动的扭转动力学模型，利用有限元分析验证了分支传动的振动模态特性；采用模态法推导出多元激励下的参数灵敏度表达式，并将其应用于二分支人字齿轮传动系统的平稳性分析。基于理论计算的灵敏度数值和实际工作条件，对传动系统结构进行了优化设计。实例验证发现，由此获得的修改方案明显改善了轮系的抗振性能；该分析方法获得的关键参数对系统实现抗振降噪效果明显。该分析方法同样可用于其他类型分支传动的减振降噪设计。     

功率四分支齿轮传动系统的弯扭耦合振动固有特性研究

在轴承-转子系统动力学理论的基础上,考虑齿轮啮合效应和转子弯扭耦合效应,建立了功率四分支齿轮传动系统振动方程,求解自由振动的特征方程,获得了该系统耦合状态下的前14阶固有频率和振型,以及非耦合状态下前8阶固有特性。得出如下结论:1)系统结构的对称性导致部分转子的模态对称;2)系统的模态类型主要表现为两类形态:一类以某一转子振动为主,其他转子的振幅很小;另一类表现为复杂的多转子弯扭耦合振动;3)转子间的弯扭耦合对系统的固有频率和模态产生了很大的影响,在进行功率四分支齿轮传动系统的振动特性研究时,必须同时考虑转子弯扭耦合效应的共同作用。     

星型轮系人字齿轮传动系统三维有限元建模和模态特性分析

以一种星型轮系人字齿轮传动系统为研究对象,为了查找系统共振原因,建立模态分析3D有限元模型,分析了星型轮系人字齿轮传动系统的模态特性。根据星型轮系试验测试结果,发现转频激励和啮频激励引起的共振是系统振动幅值的主要组成部分;根据这一现象,基于齿轮啮合刚度矩阵,建立3D有限元模型,分析了系统的模态特性。结果表明,仿真所得转频共振模态和啮频共振模态与试验均具有唯一对应性,啮频共振模态主要表现为内齿圈的5节径振型耦合齿轮副扭转振型。该有限元模型的建立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。     

功率四分支齿轮传动系统的弯扭耦合振动固有特性研究

在轴承-转子系统动力学理论的基础上,考虑齿轮啮合效应和转子弯扭耦合效应,建立了功率四分支齿轮传动系统振动方程,求解自由振动的特征方程,获得了该系统耦合状态下的前14阶固有频率和振型,以及非耦合状态下前8阶固有特性。得出如下结论:1)系统结构的对称性导致部分转子的模态对称;2)系统的模态类型主要表现为两类形态:一类以某一转子振动为主,其他转子的振幅很小;另一类表现为复杂的多转子弯扭耦合振动;3)转子间的弯扭耦合对系统的固有频率和模态产生了很大的影响,在进行功率四分支齿轮传动系统的振动特性研究时,必须同时考虑转子弯扭耦合效应的共同作用。     

功率二分支齿轮传动系统动载特性与模态分析

为了分析功率二分支齿轮传动系统的动力学特性,构建由斜齿分扭传动级与人字齿并车传动级构成的分扭 并车纯扭转动力学模型;通过高斯消元去除状态方程中的冗余变量,解决了系统动力学方程的奇异性并采用 4 阶 Runge-Kutta 法数值求解;分析了无量纲时间下不同齿型构成的 2 级传动动载特性,采用模态分析法,确定该系统的固有频率与固有振型,并结合三维瀑布图分析激振频率对系统共振特性的影响。研究结果表明:该齿轮传动系统由人字齿构成的并车传动级动力学特性优于由斜齿构成的分扭传动级;系统啮合位移与动态啮合力响应瀑布图表明,在该系统激振频率为 1820 Hz 时,系统出现超谐波共振。     

齿轮传动系统行星架模态仿真及其振动实验测试研究

齿轮传动系统行星架振动特性对保证整个系统的安全运行具有重要作用。针对四级减速系统的行星架展开了动力学分析。在建立模态叠加模型的基础上,对行星架模态进行了建模分析,以及加速度振动信号实验测定。研究结果得到:前六阶模态的固有频率及相对应振型看出行星架主要表现为局部结构的振动与扭转,随着模态阶数的增高振型越明显。行星架的前六阶固有频率介于(625～1339)Hz之间,行星架最低固有频率大于最高啮合频率,避免了齿轮箱在运行时与行星架之间共振现象的发生。加速度振动信号经MED分解后的前二阶IMF分量进行切片双谱的分析得到模态混叠现象减少,信号成分较简单,这说明通过实验验证该传动系统行星架设计是合理的。