高速齿轮转子系统弯扭耦合振动研究

针对实际高速齿轮转子系统,建立了考虑齿轮啮合及扭转作用的弯扭耦合非线性振动模型,推导了不平衡转子弯扭耦合振动的动力学微分方程,通过数值仿真方法得到了工作转速下齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征图形,得出齿轮啮合、扭转作用下的齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征,研究了偏心距、齿轮啮合刚度等参数对系统振动响应的影响规律,为齿轮转子耦合系统的结构优化设计、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据.     

波动负载对齿轮系统振动特性及边频调制影响研究

齿轮传动系统在工作时常承受复杂多变的外部波动载荷,导致轮齿啮合特性和系统振动响应频率特征复杂。基于时变啮合刚度的能量法合成模型,建立考虑系统扭振和横振响应影响的时变啮合刚度动态修正模型。建立单级齿轮传动系统的弯扭耦合模型,用Newmark法求解系统的振动响应。利用啮合刚度动态修正模型和齿轮系统弯扭耦合模型,通过数值算例分析波动负载对啮合刚度和系统振动响应的影响。结果表明,在波动负载作用下,啮合刚度和系统振动响应均存在明显的以波动负载频率为调制频率的边频调制现象,且被调制的中心谐波频率越高,调制现象越明显;外部波动负载的幅值越大,啮合刚度和系统振动响应的调制现象越明显,且当波动负载幅值较小时,表现为窄带调频和调幅的叠加,啮合频率两侧仅各有一条明显的边频谱线。     

汽车变速箱齿轮传动系动力学振动特性的研究

文章建立发动机曲柄连杆系统的扭振当量模型,得到飞轮端动态转速波动及扭振角位移作为齿轮传动系主轴输入端的动态激励;采用多体动力学方法建立某五挡手动变速箱齿轮传动系动力学模型,以二档为例,分析了上档齿轮在齿面啮合时变刚度作用下产生的呜呜噪声(Gear Whine)特性,及未上档齿轮在其自由惯量和齿侧隙下产生的咔嗒噪声（Gear Rattle）特性;分析了发动机二档转速范围内齿轮传动轴各处轴承动态载荷的频谱特性;同时,利用实验测量的曲轴系扭振各阶次曲线验证了扭振当量系统模型的正确性,并利用实验表面振动速度法识别了转速范围内变速箱结构的振动速度级,验证了动力学仿真模型中得到的动态啮合冲击载荷的特性。     

完整约束下齿轮啮合转子系统的弯扭耦合振动稳态响应

在不脱齿等基本假设下，根据齿轮啮合原理和轮齿的齿面方程，推导了齿轮形心的横向位移和齿轮扭转角之间的约束关系式，从Lagrange方程出发，同时考虑齿轮啮合和不平衡效应，建立了直齿齿轮啮合转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型。分别在质量偏心和扭转激励作用下，分析了系统的弯扭耦合振动稳态响应。结果表明：两者均会引起弯曲振动和扭转振动，并且响应的幅值与系统的参数有关。     

多载荷工况下人字齿轮传动系统振动特性分析

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿啮合刚度,建立了考虑时变啮合刚度激励、啮合冲击激励和齿侧间隙激励的人字齿轮系统十二自由度啮合型弯—扭—轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,研究了多载荷下人字齿轮左端啮合副周向的振动特性,结果表明,外载荷的增大使得啮合刚度激励和啮合冲击激励下系统的振动均增大,且啮合冲击激励对外载荷的敏感性高于啮合刚度激励,而齿侧间隙激励下系统的振动则随着外载荷增大而减小。同时,啮合冲击激励对系统振动的影响随着载荷增大而增大,而啮合刚度激励和齿侧间隙激励则随着载荷增大而减小。     

瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析

为研究采煤机传动系统在复杂工况下的动态性能,采用MATLAB/Simulink搭建了采煤机截割-牵引耦合系统机电动力学模型,模型中考虑了驱动电机电磁特性、煤层截割阻抗变化、传动系统扭振、时变啮合刚度和齿侧间隙等因素。仿真并分析了系统在启动、滚筒负载突变和截割电机堵转等瞬态过程中的机电动态响应特性,并进行了试验验证。结果表明:在截割电机启动和堵转过程中,电机和传动系统之间发生强烈的耦合作用,导致传动系统出现脱啮、反冲等非线性冲击现象,使系统振动加剧;在设计采煤机传动系统时,截割部应比牵引部取更大的使用系数,高速级应比低速级取更大的安全系数。     

两挡AMT斜齿轮弯扭轴耦合非线性振动特性分析

纯电动汽车两挡机械式自动变速器(automated mechanical transmission, AMT)中,斜齿轮传动系统的非线性振动会引起变速器的振动和噪声。为研究两挡AMT斜齿轮系统的非线性振动特性,结合实际变速器结构,考虑齿轮系统的时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差以及轴承支撑刚度等因素,建立两挡AMT斜齿轮系统"弯-扭-轴"耦合动力学模型,分析了耦合振动特性的分岔图及其相图特性。结果表明:变速器工作在一挡时,随着转速增加,啮合频率不断增大,系统出现周期运动和混沌等现象;当承载齿轮副为单倍周期运动时,空载齿轮副扭转振动剧烈程度随着转速升高而增大;适当增大齿轮啮合阻尼比和啮合刚度,有利于减小承载齿轮最大扭振点的振幅。研究结果对纯电动汽车两挡AMT结构设计、动力学分析和换挡应用提供了技术支撑。     

两级行星齿轮传动非线性啮合力频率耦合与动态特性研究

利用拉格朗日方程推导了两级行星齿轮传动的平移-扭转非线性振动模型,模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差、行星轮位置角时变性以及各行星排级间连接件的弯曲和扭转刚度。从行星排级间连接轴的力与变形耦合关系出发,研究了两个行星排啮合力产生的啮合频率耦合现象。通过数值仿真对不同激励条件下啮合频率耦合的表现形式进行了研究,对不同行星排的动载系数、均载系数、连接轴转矩的动态特性进行了分析,为多级行星齿轮传动系统动力学分析与设计提供指导。     

大型风电齿轮箱系统耦合动态特性的研究

综合考虑轮齿啮合时变刚度、齿轮传递误差、齿轮啮合冲击以及风载变化等因素影响,建立具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学模型。对风电齿轮箱系统有限元模型进行耦合模态分析,运用模态叠加法对齿轮箱系统在内部激励与外部激励综合作用下的振动响应进行求解。将仿真结果与实验数据对比,进而得到齿轮箱各点振动位移、速度、加速度及结构噪声等系统动态评价指标,为大型风电齿轮箱动态特性的准确评价及齿轮系统动态性能优化设计提供理论依据。     

某直升机主减传动系统振动能量传递特性研究

基于超单元方法和节点有限元法建立考虑轴系柔性和机匣柔性的齿轮-转子-机匣耦合系统动力学模型,推导了各类齿轮副的啮合关系,以直升机主减速器为研究对象,通过振动响应试验验证了模型的有效性。从振动能量的角度研究耦合和不耦合柔性机匣两种情况下,齿轮副作为振动激励源时系统模型中产生的多级齿轮激励现象和作为传递结构时对振动能量的传递特性。研究结果表明:耦合机匣后,各级齿轮振动能量贡献占比的极值点数量减少,与目标点相邻的齿轮激励源在该节点处振动能量贡献占比整体上升,不相邻的齿轮激励源在该节点处能量贡献占比整体下降;齿轮啮合刚度和啮合阻尼比的增加会提高齿轮副对振动能量的传递能力,啮合误差的增加会降低其对振动能量的传递能力,而耦合柔性机匣会放大齿轮啮合特性对其振动能量传递能力的影响。     

含齿面剥落缺陷影响的共轴对转轮系振动特性分析

针对某型无人直升机共轴对转主减齿轮箱设计,采用集中参数法建立该齿轮箱中多级斜齿轮传动系统25自由度动力学模型,模型中考虑了时变啮合刚度、轴承支承刚度、传动轴扭转刚度以及啮合误差的影响。分析了输入转速和高速级齿轮齿面剥落缺陷尺度、位置对传动系统动态特性的影响规律。研究表明,上下旋翼轴齿轮副动态啮合力波动较大,上旋翼轴齿轮副动态啮合力波动幅度是下旋翼齿轮副的1.7倍;随着转速增大,各级齿轮副动态响应中的2倍输入级啮合频率的幅值提升最显著;当高速级齿轮齿面出现剥落缺陷,啮合频率附近会出现边频带,振动冲击随着缺陷尺寸的增大而增大;在不同的缺陷位置中,位于双齿啮合区与三齿啮合区交界位置,缺陷产生的振动冲击幅值最大。研究结论为无人直升机共轴对转主减齿轮箱的减振降噪,故障诊断提供了理论参考。     

间隙对齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合振动的影响分析

综合了动态侧隙、齿面摩擦、齿轮偏心及时变啮合刚度等因素,建立了齿轮-转子-滚动轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型,通过分析动态侧隙及轴承间隙对系统的影响来探究轴承端与齿轮端振动之间的耦合作用关系。结果表明:相对于无间隙系统,动态侧隙下轴承端的径向振动在高速区较为强烈,而齿轮的扭转振动在整个转速区幅度较大,随转速变化时系统提前通过非线性跳跃进入主共振区。动态侧隙的改变对轴承端的振动影响不大,但对扭振作用明显;轴承间隙的大小对系统径向和扭转振动有着显著影响,随着轴承间隙的变化,两者的时域特征及频谱存在着规律性的变化;另外,轴承间隙直接影响着动态侧隙的大小。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。     

功率分流式风电机增速箱振动特性分析

运用多体动力学方法对新型功率分流式大功率风电机增速箱进行刚柔耦合多体动力学建模,对双行星齿轮系统的功率分流式大功率增速箱刚柔耦合模态特性、谐响应和稳态响应特性进行研究,结果表明:通过对新型增速箱传动系统建立刚柔耦合多体动力学模型可以对其动力学特性进行准确模拟;通过模态分析获得增速箱工作转速范围内的主要耦合振型及共振频率;通过谐响应分析获得工作转速范围内各级齿轮啮合激励对不同耦合模态振幅的贡献度及主要振动部件的共振形式;对增速机在额定工况下的稳态响应分析可进一步获得主要激励频率和来源及主要部位的振动幅值,仿真结果与测试结果一致。     

前置后驱汽车传动系统的扭振模态分析

针对某前置后驱车,建立了其传动系的扭振当量模型,通过自由振动计算分析获得了传动系的扭振模态,与整车传动系扭振测试结果对比,验证了计算的正确性。基于传动系扭振当量模型,分析了各部件扭转刚度及转动惯量对扭振模态的灵敏度:系统第3阶扭振模态可以通过改变轮胎扭转刚度或者转动惯量来调谐;第4阶扭振模态可以使用半轴的扭转刚度、轮胎的扭转刚度或转动惯量调谐;第5阶扭振模态的调谐参数为半轴扭转刚度和传动轴转动惯量。这些因素的分析可为车辆扭转振动特性的改善提供可参考的依据。     

考虑齿侧间隙的非等模数非等压力角行星齿轮系统的均载特性研究

针对非等模数非等压力角行星齿轮传动系统,建立了多自由度平移-扭转振动的非线性动力学模型。考虑到齿轮副齿侧间隙、系统综合误差和齿轮副模数与压力角的不相等,计算了系统的均载系数并对由它们所引起的系统不均载特性进行了动力学分析。获得了误差一定且齿侧间隙改变时,啮合副的动载荷曲线与均载系数间的变化关系。讨论了齿轮副模数和压力角分别不同时,系统均载系数的变化幅度。研究表明:随着齿轮副压力角选择范围的扩大,系统均载系数有着较大幅度的变化;齿侧间隙使系统的啮合副处于不同冲击状态,不同冲击状态对系统的均载性能有着重要的影响。     

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

多齿轮耦合复杂转子系统的振动特性分析

本文探讨了多对齿轮耦合对齿轮转子系统动力学特性的影响程度,以压缩机转子系统为例,对整个耦合系统进行了安全校核。首先,基于有限元法,建立了通用的弯—扭—轴—摆斜齿轮耦合动力学分析模型,此模型中考虑了啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向对齿轮啮合刚度矩阵的影响;接着,对系统进行了固有特性分析,得到了系统的临界转速和安全裕度表;然后,基于模态叠加法,对系统进行了不平衡响应分析,对比了考虑齿轮啮合前后系统各位置处的不平衡响应变化曲线。研究结果表明,对于多对齿轮啮合的系统,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,必须考虑齿轮耦合的影响,并且要结合固有特性以及瞬态响应分析来判断临界转速和振动峰值的大小。     

基于磁流变技术的压桩机吊机回转启动冲击控制

针对压桩机吊机回转启动冲击载荷损坏设备的现象,提出一种基于磁流变技术的冲击振动控制方法。根据压桩机吊机回转启动工况特点和磁流变联轴器工作原理,运用键合图理论建立回转系统的动力学模型。基于MATLAB仿真平台分析输入电流不同时联轴器的传动特性及其对回转系统启动冲击载荷的抑制规律。研究结果表明:小电流时联轴器刚度系数小,系统响应滞后,大电流时联轴器趋近于刚性连接,系统响应快速;联轴器阻尼系数小,传递能量损耗少,对系统传动效率影响很小;联轴器磁滞效应可有效控制系统压力幅值和脉宽,降低齿轮啮合力冲击峰值,提高系统工作稳定性。     

斜齿轮动力学建模中啮合刚度处理与对比验证

为准确建立斜齿轮动力学模型,更好分析斜齿轮系统振动特性,提出基于轮齿承载接触分析、考虑齿轮轴扭转变形的轮齿啮合刚度计算方法。分析国内文献普遍采用的基于啮合刚度分解建立斜齿轮动力学模型,指出其与理论力学相悖之处,提出基于力、振动位移分解法建立综合考虑时变啮合刚度激励、啮入冲击激励的斜齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。以某斜齿轮副为例进行的仿真计算结果表明,基于承载接触分析的轮齿啮合刚度计算方法能准确、方便求得轮齿啮合刚度,文献[8]动力学响应结果与理论实际存在明显差别,而基于力、振动位移分解法的响应则能与理论实际较好吻合。     

盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统固有特性及灵敏度分析

建立了三级行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,模型考虑了时变啮合刚度、各级中行星轮位置相角的时变性、啮合综合误差、阻尼等影响因素。基于特征值问题求解了系统结构的固有频率和振型,并将其系统振动模式归为三类：扭转耦合振动模式、平移耦合振动模式、行星轮振动模式。研究了不同振动模式下固有频率对系统参数的灵敏度。研究结果表明,在一些系统参数敏感点处,参数的微小变化不仅导致固有频率灵敏度、模态能量的大幅变化,也将引起能量在各级间发生转移,使得振动特性剧烈变化。