齿向修形直齿轮系统动力学特性分析

研究了直齿轮齿向修形对齿轮系统振动特性的影响。首先考虑直齿轮齿向修形偏差,将轮齿沿轴向离散成若干宽度相等的薄片,建立了齿轮副啮合刚度模型。然后以一对直齿轮副为例,分别使用有限元法和本文方法分析了齿轮副啮合刚度,结果表明所提方法能够快速准确求解齿向修形直齿轮副的啮合刚度。最后建立齿轮系统有限元模型,分析了齿向修形对系统固有特性、振动响应特性的影响。研究结果表明:齿向修形降低了齿轮副啮合刚度,考虑齿向修形后齿轮系统弯扭耦合固有频率减小,齿轮系统响应的共振峰出现了偏移。研究结果可为齿向修形齿轮的动态响应计算和结构设计提供理论依据。     

多自由度齿轮系统非线性动力学分析

建立三自由度多间隙齿轮系统耦合振动模型,综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和轴承纵向响应等非线性特性因素的影响,并采用变步长4~5阶Runge-Kutta法对系统状态方程进行数值求解。构建系统的Poincaré截面,得到系统的位移-时间映像图,通过分析位移-时间映像图,发现系统在支承间隙较小而支承刚度较大时更加稳定;根据分析位移-时间映像图的结论,选择合理的参数,画出系统随频率变化的分岔图,结合相图和Poincaré映射图分析系统的非线性动力学特性,发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、倍化分岔和混沌等现象。     

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。     

含时变刚度及侧隙的多级齿轮系统非线性动力学特性分析

对某伺服刀架动力传动部分的直齿圆柱齿轮系统进行模型简化,考虑啮合过程中时变啮合刚度,齿轮静态传递误差及齿侧间隙的影响,建立四级传动系统非线性动力学方程组。采用Runge-Kutta法对方程组进行数值求解,分析系统在不同转速,不同的啮合刚度的作用下,输入端和输出端齿对的动态传递误差(DTE)和动态啮合力的变化趋势。由于存在非线性,系统对参数的变化较为敏感,仿真显示齿对的啮合状态比例及稳定性在不同转速段存在较大差异,且对DTE及动态啮合力的值有较大影响。该结果为实现动力传动系统的平稳性提供了参考依据,具有较强的工程实际意义。     

滚子链传动系统动力学特性分析

本文给出了链传动系统(包括链轮、链条和张紧器)的动力学模型。分析了链传动系统的振动响应特性并通过试验进行验证,结果基本吻合,证明所建模型及计算方法可用于工程上链传动系统动力学的计算分析。     

齿轮-轴承传动系统擦边碰撞的动力学特性分析

齿面间的擦边碰撞是齿轮-轴承传动系统中一种特殊碰撞形式,可能会导致系统的动力学特性发生改变。为深入探究擦边碰撞对齿轮系统动力学特性的影响,基于频闪映射、齿面和齿背碰撞面Poincaré映射得到系统周期及啮合力变化规律,揭示齿轮副啮入、啮出冲击特性。并利用分岔图、啮合力变化图、相图和最大Lyapunov指数图(the largest Lyapunov exponent, TLE)分析擦边碰撞对系统动力学特性的影响。研究表明,擦边碰撞会引起系统动力学行为发生复杂的变化,导致系统运动和冲击状态发生改变。当啮合力突变点处TLE小于零时,系统周期保持不变而啮合力发生突变,但相轨迹的拓扑结构未发生变化。当啮合力突变点处TLE近似为零时,系统运动发生分岔,系统周期数和啮合力均发生改变。该研究揭示了齿轮-轴承系统擦边碰撞引起的一些复杂动力学现象,为系统的安全运行、优化设计等方面提供参考。     

包装机齿轮机构动力学分析

通过对包装机齿轮机构中齿轮接触的有限元分析,得出了齿轮接触应力的分布和最大应力,对其中遇到的接触问题进行了探讨。实验验证了有限元模拟结果的准确性,有助于研究齿轮的失效原因,改进包装机齿轮的设计。     

含裂纹故障的齿轮系统动力学特性研究及其故障特征分析

考虑齿轮的时变啮合刚度、传动误差和轴承支撑刚度的影响,建立含齿根裂纹故障的齿轮系统多自由度力学模型,基于动力学方法对其故障机理进行研究。通过材料力学的方法计算齿轮在正常和含裂纹两种情况下的啮合刚度,对比两种刚度曲线的变化趋势,便于进行精确的动力学特性分析;对建立的模型求解系统的动态响应,结果表明当齿根存在裂纹时,其时域波形中会出现周期性的冲击现象,频谱中在啮合频率的基频及其倍频等地方形成一系列等间隔的边频谱线,其间隔大小等于故障齿轮的转频;这些边频成分幅值较低,能量分散且分布不均匀,在不同频带的幅值大小存在差异。针对上述特点,通过正交小波包方法对信号的频带进行分解,应用倒频谱分析各子频带信号的边频成分;结果表明,该方法能够有效的提高信号的信噪比,有助于识别和提取信号中由裂纹故障引起的边频成分。     

内外激励作用下多自由度齿轮系统的非线性动力学特性

采用周期扩大法,建立了齿轮副的六自由度非线性动力学模型,模型考虑了齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、齿面摩擦等非线性因素;对模型中的相关周期项作傅里叶级数展开,并采用数值积分方法研究六自由度齿轮传动系统的运动随转速、支撑刚度的分岔特性。结合poincaré截面图、分岔图、FFT频谱及最大Lyapunov指数图,系统地分析了支撑刚度对齿轮系统的影响。结果发现,随着激励频率的提高,系统经过多次跳跃进入混沌,提高支撑刚度会使系统的跳跃点数目增加,并且使系统的混沌区减小且整体后移,致使系统推迟进入混沌;再者会使系统通向混沌的道路多样化,除了拟周期通道之外,还出现了激变性、阵发性的混沌道路及"周期5-拟周期-锁相-不稳定吸引子-混沌"的非常规混沌道路。另外支撑刚度的提高会使系统的1/2次谐振加强,致使谐振频率下的动态啮合力(DMF)增大,但会使一些混沌区的DMF逐渐减小,并且使啮合轮齿经历"双边冲击-单边冲击-无冲击"的状态变化。     

多轴输出功率三分支齿轮系统静/动力学特性研究

以鱼雷涡轮机减速器中的功率三分支齿轮系统为研究对象,分析了多轴输出条件下系统的静力学和动力学特性。采用广义有限元法,将系统划分为轴段单元、啮合单元和轴承单元,建立了考虑各构件柔性的系统整体动力学模型。分析了不同参数对各齿轮副静态啮合力的影响规律,并计算了系统的动态响应。结果表明：在某支路添加辅机负载后,将导致分流/汇流级的载荷不均;提高两级间连接轴或轴承的刚性,会增加相应支路的啮合力;辅机齿轮安装相位会对各分支的啮合力产生周期性影响。添加辅机输出后,对分流/汇流级各分支的振动有着不同的影响。研究结论将会对多负载的功率分支齿轮系统静力学和动力学设计提供有效参考。     

考虑修形的斜齿轮系统非线性激励与动力学特性研究

斜齿轮的啮合刚度与轮齿误差的求解是三维空间问题,其修形后的啮合刚度计算方法不同于直齿轮,而传统解析方法在计算斜齿轮啮合刚度时没有考虑斜齿轮啮合线和啮合位置的三维空间位置,无法准确得到修形后的斜齿轮系统啮合刚度激励与误差激励。建立综合考虑齿廓修形和齿向修形的刚度与误差非线性耦合激励模型,研究不同齿廓修形参数与齿向修形参数对斜齿轮啮合刚度以及系统动力学特性的影响规律;以系统振动加速度幅值最小为优化目标,确定斜齿轮系统的最佳修形值,利用数值方法得到斜齿轮系统的振动加速度幅频响应曲线,研究结果发现:选取的最佳修形参数可有效降低斜齿轮齿数交替区啮合刚度的波动,大幅度降低共振点附近的振动加速度幅值;最后通过建立的齿轮传动系统实验平台进行系统动力学特性实验研究,验证了理论模型及分析结果的正确性。     

基于齿面摩擦的人字齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的16自由度人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立系统的振动微分方程。根据人字齿轮副的啮合特性,通过数值积分方法分析了轮齿的啮合力,时变摩擦力和摩擦力矩,并采用基于弹流润滑理论(EHL)的摩擦因数计算模型计算了齿面摩擦因数。为了分析齿面摩擦对人字齿轮副周期振动及分岔特性的影响规律,比较了有无考虑齿面摩擦时系统的周期振动时域响应、振动位移分岔图及最大lyapunov指数变化图。结果表明,齿面摩擦导致齿轮副垂直于啮合平面方向的振动位移加剧,且减弱了齿轮副沿啮合线方向的振动。同时,齿面摩擦的存在使得系统提前进入混沌,且抑制了系统的混沌运动。文章的研究成果有助于进一步认识齿面摩擦对人字齿轮传动周期振动及非线性振动特性的影响,为人字齿轮传动设计提供技术依据。     

对称型内平动齿轮系统的非线性动力学分析

摘要：基于拉格朗日方程,建立了含有两个呈对称布置的平动齿轮的内平动齿轮传动机构的动力学模型,通过啮合相对位移函数分析及无量纲化处理,得到系统的无量纲6自由度运动微分方程。通过对系统可能存在的不对称因素(平动齿轮支撑轴承不对称、啮合间隙不对称以及平动齿轮受载不对称)对系统动力学特性的影响进行分析,表明三种不对称因素均会引起系统的分岔,且混沌区域随非对称因素的不同表现出不同的分布规律,并且使得周期解呈现出不同的特性。     

混合修形斜齿轮转子系统振动特性分析

由于制造、安装误差和轮齿变形等因素,齿轮在啮合过程中难免产生振动、冲击和噪声,对斜齿轮齿廓进行适当修形可以有效改善啮合状态,提升传动的平稳性.基于轮齿承载接触分析理论提出含齿顶修形和齿向修形两种方式的斜齿轮混合修形方法,建立计算考虑混合修形的斜齿轮时变啮合刚度模型,并通过ANSYS验证了该模型的有效性;基于提出的模型分...     

基础俯仰运动对风力机行星齿轮动力学特性的影响分析

由于塔架在风力作用下的弯曲振动,机舱会产生俯仰运动,进而对行星齿轮产生基础激励。从能量角度出发,考虑基础俯仰运动、轮齿脱啮和齿背啮合,通过第二类拉格朗日方程建立了基础俯仰运动下行星齿轮传动非线性弯-扭-轴耦合模型。与现有基础固定情况下的耦合模型相比,基础俯仰运动将引起附加阻尼、附加刚度和附加外激励,同时引起直齿轮平面运动与轴向运动的耦合。采用数值积分获得系统动态响应,评估轴向运动对系统动力学特性影响的大小,分析基础俯仰运动和齿圈支承刚度对行星齿轮动力学响应和均载特性的影响。结果表明,基础俯仰运动显著增大中心轮(行星架、齿圈和太阳轮)的横向振动;行星轮所受附加作用力不相同,运动对称性被破坏,系统出现不均载现象。当系统存在轮齿脱啮和齿背啮合时,增大齿圈支承刚度能显著改善均载特性,没有轮齿脱啮和齿背啮合时,均载系数随着齿圈支承刚度的增大而小幅增大。     

考虑滑动轴承时变动力学参数的齿轮系统建模及分析

为了对齿轮系统进行更加深入的研究,综合考虑时变轴承动力学参数以及动态齿侧间隙的影响,建立了齿轮系统动力学模型并进行了振动响应分析。以圆柱直齿轮为研究对象,将动压润滑轴承模型与齿轮啮合模型相结合,并计入动态齿侧间隙的影响,建立了系统的动力学微分方程。提出了一种齿轮-滑动轴承耦合系统的求解方法,分别研究了轴承间隙、齿侧间隙以及转速对系统振动响应的影响。结果表明:滑动轴承动力学参数的时变特性有助于改善系统的振动响应;在一定范围内增加轴承间隙以及齿侧间隙可以减小齿轮动态啮合力以及径向振动;随着齿轮转频的增加,系统的振动响应幅值减小,运动趋于平稳。     

考虑多间隙耦合关系的齿轮系统非线性动力学分析

建立了一种新的考虑径向间隙与动态齿侧间隙耦合的齿轮转子系统动力学模型,分析了径向间隙与齿侧间隙的耦合关系及其对系统动力学特性的影响。在系统动力学模型中,建立了考虑径向间隙的接触碰撞模型;通过推导齿轮中心距与齿侧间隙之间的函数关系,建立了考虑动态齿侧间隙的齿轮扭转振动模型。进而利用该模型对多间隙齿轮系统的动力学特性进行分析。给出了一对直齿轮副的数值仿真结果,分别分析了径向间隙大小和齿侧间隙大小对齿轮系统动力学特性的影响规律,分析结果对含间隙齿轮转子系统的研究具有重要的理论与工程价值。     

含磨损故障的齿轮传动系统非线性动力学特性

为揭示磨损故障对于齿轮传动系统非线性动态特性的影响,利用Archard和Weber-Banaschek公式分别计算了齿面动态累积磨损量和磨损齿轮对的时变啮合刚度。建立含有非线性齿侧间隙、内部误差激励和含磨损故障的时变啮合刚度的三自由度齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学方程。采用变步长Gill积分方法对动力学模型进行了数值仿真分析,以系统的激励频率为分岔参数,计算系统的对应的分岔图;引入GRAM-SCHMIDT方法对系统的Jacobi矩阵进行正交化处理,计算系统的李雅普诺夫指数谱,同时结合Poincaré映射图和功率谱验证了李雅普诺夫指数谱和分岔图计算结果的正确性。通过研究发现了系统内部存在的丰富非线性现象,包括倍周期分岔途径、阵发性途径和多种拟周期通过锁相进入混沌的现象;在系统经由拟周期进入混沌的过程中发现了交替出现的拟周期与锁相现象以及拟周期运动时功率谱分量存在的Farey序列现象。研究结果表明含有磨损故障的齿轮传动系统具有非常复杂的动力学特性,而系统由周期运动进入混沌运动的途径也是丰富多样的。     

剪式齿轮传动机构非线性动力学特性研究

考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和摩擦力等因素,建立7自由度剪式齿轮传动系统非线性动力学模型,采用Runge-Kutta法对转速、啮合齿隙、扭簧刚度、预紧力矩等对系统振动特性的影响进行了研究。结果表明,随着转速的升高系统逐渐进入混沌状态,中等转速区间系统的非线性动力学行为对转速的变化更为敏感;随着齿侧间隙的增大,混沌区间增大,混沌特性加强;扭簧刚度影响系统的非线性运动状态,但对冲击现象的影响较小,较小的扭簧刚度更有利于消除冲击现象;扭簧的预紧力矩影响系统啮合状态,最小预紧力矩的大小受负载力矩的影响且近似呈正比例关系。     

刮板输送机链传动系统接触动力学特性分析

链传动系统是综采工作面刮板输送机最重要的系统.为了研究刮板输送机在运行过程中链传动系统的接触动力学特性,利用有限单元法分别建立平动链条模型、转动链条模型和链环与链轮啮合接触的模型,基于三维建模软件建立链条和链环与链轮啮合的虚拟样机模型.利用非线性有限元软件LS-DYNA分析了启动过程中链环之间接触动力学特性和正常工作过程中链环链轮啮合接触动力学特性,得出了启动过程中链环之间加速度、应力变化规律和正常工作中链环与链轮啮合过程位移、速度、应力的变化规律,为链轮传动系统瞬态动力学和传动系统关键零部件优化设计提供关键设计参数.