精密伺服机构微型齿轮啮合刚度的有限元辨识

基于微型齿轮重合度大的特点,首先利用齿轮啮合刚度、轮体刚度以及轮齿刚度间的串联关系,建立单齿啮合的有限元模型,计算出单齿啮合时齿轮的啮合刚度以及主、从动轮轮体刚度和轮齿刚度;再引入重合度的影响系数,得到微型齿轮的平均啮合刚度;进一步分析齿轮平均啮合刚度在中心距误差范围内的变化规律,发现当中心距从标准中心距处开始逐步减小时,齿轮平均啮合刚度缓慢增加;当中心距从标准中心距处开始逐步增大时,齿轮平均啮合刚度显著减小。     

中心构件浮动对行星传动系统均载特性的影响

为探讨2K-H行星齿轮传动系统的均载性能,建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差等非线性因素的平移-扭转耦合动力学模型,推导了系统的无量纲化18自由度的微分方程组。通过求解微分方程组,分析中心构件的支承刚度以及间隙浮动对行星轮系均载性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着中心构件支撑刚度的减小与轴孔间隙的增大,构件的浮动量增大,系统的均载系数减小。     

单级行星齿轮非线性动力学模型与试验验证

针对单排行星直齿轮传动系统,提出了齿轮非线性啮合动态模型,模型中考虑了由中心距安装误差和传动轴弯曲变形等引起的中心距变化对啮合角、间隙和非线性啮合刚度的影响。考虑中心距变化和陀螺力矩并结合齿轮非线性啮合动态模型,建立了行星齿轮传动系统横-扭耦合非线性动力学模型。针对一个单排行星齿轮传统系统试验装置进行仿真计算和试验测试,试验对比分析了齿圈横向振动位移和内啮合均载系数。研究结果表明,仿真结果与试验结果的变化趋势基本吻合,且误差在可接受范围内,验证了笔者提出的渐开线直齿轮传动横-扭耦合非线性动力学模型和非线性动态啮合模型的正确性。     

间隙及转矩对2K-V型传动装置传动精度的影响

以2K-V型减速机为研究对象,综合考虑各零件加工误差、装配误差、齿轮啮合间隙、轴承间隙、零件弹性变形及其旋转零件的惯性载荷等因素对传动精度的影响,建立了非线性动力学计算模型;并利用该模型对传动装置中各轴承间隙、摆线轮与针齿间的啮合间隙及转矩所引起的系统回转传动误差进行研究,结果表明:摆线轮及行星架曲柄轴轴孔处的轴承间隙、转矩等对系统的传动精度影响较大。     

五平行轴压缩机齿轮系统非线性动力学特性研究

齿轮啮合式多平行轴高端压缩机在现代能源装备中十分重要,具有效率高,造价低,结构紧凑优点,其重要特征是多个转子通过齿轮啮合而成,使得整个转子系统的动力学特性十分复杂,这也造成了齿轮非线性啮合特性会对机组工作性能产生明显的影响。以某五轴压缩机的齿轮系统为研究对象,建立考虑齿轮时变刚度,齿侧间隙以及齿轮啮合误差的系统动力学模型,并对建立的系统的模型进行了无量纲处理。利用数值分析方法计算分析了不同啮合频率以及不同负载作用下齿轮系统的响应特性及其复杂动力学行为。计算结果表明,由于轮齿间的啮合与冲击作用,齿轮系统会随着啮合频率的变化出现明显的非线性现象;通过控制负载可以减小齿轮的冲击现象,进而保证齿轮系统工作在特定的振动状态。     

弧齿锥齿轮传动系统动态特性研究

基于集中质量法建立了弧齿锥齿轮8自由度弯-轴-扭三维空间动力学模型.模型中考虑了啮合刚度的时变性、几何传递误差的非线性、齿轮副间隙及轴承刚度的非线性.利用齿面接触分析与齿面承载接触分析求出几何传递误差与轮齿综合啮合刚度,利用轴承变形理论求出系统非线性支承刚度,使用Runge-Kutta法对传动系统进行动态响应求解,并研究了这些因素对弧齿锥齿轮振动的影响.结果表明:几何传递误差是影响齿轮振动的最主要因素,由啮合刚度变化引起的一系列振动受转速与负载的影响较大.     

含动态齿侧间隙的齿轮系统稳定性研究

以单级直齿轮传动系统为研究对象,建立包含时变啮合刚度、综合误差、齿侧间隙的横-扭-摆耦合10自由度非线性动力学模型。详细推导并计算齿轮啮合过程中间隙、压力角和中心距的动态数值;利用Lyapunov指数法研究齿侧间隙与系统稳定性的关系;结合分岔图和庞加莱映射图,研究齿侧间隙对系统振动特性的影响。研究表明：工况一定时,随着齿侧间隙不断增大,系统通过分岔和激变从单周期响应过渡到混沌,且通过分析得到了间隙的取值范围,为工程设计提供了理论指导。     

基于时变啮合刚度与齿侧间隙的斜齿轮副动力学研究

为研究斜齿轮副啮合过程中螺旋角与驱动扭矩对斜齿轮副动力学特性的影响,建立了基于时变啮合刚度与齿侧间隙的斜齿轮副6自由度弯扭轴耦合动力学模型.利用斜齿轮副瞬时接触线,计算理论时变啮合刚度;结合齿侧间隙函数,通过4阶龙格库塔数值积分法,求解斜齿轮副的振动响应,分析螺旋角与工况对斜齿轮副振动响应的具体影响.研究发现,随着螺旋...     

中心距误差对具有梯度结构圆弧齿轮接触应力影响分析

为了研究中心距误差对具有梯度结构圆弧齿轮接触应力的影响,建立齿形为"渐开线-圆弧-渐开线"的圆弧齿轮数学模型,结合赫兹公式,推导出具有梯度结构的圆弧齿轮接触应力计算公式;建立梯度结构齿轮的有限元模型,进行仿真求解并与推导公式对比,验证了公式的正确性;研究了梯度结构对圆弧齿轮接触应力的影响,并对不同中心距误差下的齿轮啮合进行仿真,得到中心距误差对具有梯度结构圆弧齿轮接触应力的影响规律。     

考虑齿距偏差的直齿轮转子系统振动特性分析

针对工程实际中的齿轮存在齿距偏差,主要研究齿距偏差对齿轮系统振动特性的影响。考虑齿距偏差,建立了齿轮啮合刚度和传递误差模型,在此基础上,建立了通用齿轮啮合动力学模型,将该模型与转子系统有限元模型进行耦合,得到了齿轮转子系统有限元模型,分析了齿距偏差对系统振动响应的影响。研究结果表明:由于齿距偏差的存在,齿轮双齿啮合区刚度降低,无载荷传递误差增大,齿轮系统振动增大,频谱图中出现啮合频率及其高次谐波的边频带成分,这些边频带主要由主动和从动齿轮的转频及其倍频组成。减小齿距偏差和增大作用扭矩均能降低齿距偏差引起的边频带幅值。研究结果可为含齿距偏差的齿轮振动分析提供理论依据。     

考虑齿侧间隙的行星齿轮传动动力学研究

以圆柱直齿轮为研究对象,采用质量集中法建立了行星齿轮传动系统的非线性动力学模型.模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合阻尼与综合啮合误差4个影响因素,列出模型对应的动力学方程,并使用4阶龙格-库塔法进行求解;通过改变齿侧间隙的大小,得出系统在不同间隙大小下的响应状态差异;最后,用相对位置误差的时间位移图像、相平面图及FFT频谱图进行反映,得出具体齿侧间隙大小对齿轮振动响应的影响.     

考虑安装误差的斜齿轮啮合刚度计算与分析

斜齿轮啮合刚度的分析计算是进行齿轮动力学研究的基础。根据齿轮啮合原理及坐标变换理论利用数值分析方法建立了含有安装误差的斜齿轮啮合有限元模型,提出了考虑安装误差时斜齿轮啮合刚度的有限元计算方法。将安装误差参数化,利用有限元软件仿真分析不同安装误差下斜齿轮啮合刚度的变化,用准静态过程模拟动态行为的方式,得到时变啮合刚度,分析了不同安装误差下时变啮合刚度波动的变化规律。分析结果表明,安装误差会降低啮合刚度,尤其是角度偏差影响更为严重,同时角度偏差对啮合刚度的影响具有一定规律的耦合作用。不同安装误差对啮合刚度的影响具有不同的规律,且轻载条件下的影响较重载明显。     

双齿轮并联传动的负载均衡性仿真研究

应用UG软件建立双齿轮并联传动系统的三维模型,利用ADAMS动力学软件仿真双齿轮并联传动的动态过程;分析和研究啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙等参数对双齿轮并联传动负载均衡性的影响.研究表明,两齿轮副啮合阻尼不同和存在齿侧间隙时对齿轮副负载均衡性的影响较大,而两齿轮副刚度不同时对传动系统负载均衡性影响相对较小.     

基于啮合特性直齿锥齿轮分支传动静力学均载分析

为了改善直齿锥齿轮分支传动系统性能,提出基于啮合特性的静态均载分析方法。通过建立考虑中心轮安装误差的单级分支系统多体齿轮齿面接触分析(MTCA)方法,获得各齿轮副初始接触间隙;计及该间隙引起的啮合偏差,采用集中参数法主要考虑中心轮的浮动特性,建立考虑其支撑变形、各齿轮扭转变形相互耦合的静力学平衡方程,获得各分支均载系数,分析了载荷、安装误差、支撑刚度等对系统均载系数的影响。结果表明,随支撑刚度、安装误差的增大,均载系数逐渐增大,轴向对正误差和偏置对正误差对均载系数的影响是等效的;随转矩的增加,均载系数逐渐减小;各分支齿轮副的几何传动误差大小反映了均载系数变化规律,即齿面初始间隙越大,承担的载荷越小。研究结果为高精度直齿锥齿轮分支系统的均载分析提供了理论参考。     

齿轮轮齿误差对啮合刚度影响规律研究

建立了斜齿圆柱齿轮承载接触分析模型,综合考虑齿距偏差、齿廓偏差和螺旋线偏差,提出了考虑轮齿误差时齿轮啮合刚度计算方法。分析了在不同精度等级和载荷作用时,斜齿轮啮合刚度和接触线总长度的变化规律。计算结果表明:啮合刚度曲线在一个啮合周期内的变化趋势和实际接触线总长度变化趋势基本一致。在同一精度等级下,随着载荷的增大,含误差的齿轮啮合刚度逐渐增大,并最终趋近于理想齿轮啮合刚度。而在相同载荷下,由于误差的存在,齿轮精度等级越高,其啮合刚度越大。     

随机啮合参数对MG500/1180-WD型采煤机截割部轮系振动的影响

为了研究随机啮合参数对采煤机截割部齿轮传动系统振动的影响,以MG500/1180-WD型采煤机为研究对象,综合考虑啮合刚度、啮合阻尼、综合误差、齿侧间隙等因素的影响,建立采煤机截割部齿轮传动系统纯扭转非线性动力学模型,将啮合刚度、综合误差、齿侧间隙和外部载荷作为随机变量,运用变步长Runge-Kutta方法对系统模型进行求解,得出了系统动态位移响应的均值和均方差。研究结果表明,太阳轮、行星轮的振动位移均值及均方差随着随机间隙、随机啮合误差、随机啮合刚度的离散程度增加而增大;且随机间隙对轮系振动位移的影响程度最大,随机啮合刚度次之,随机啮合误差最小。研究结果为采煤机截割部传动系统的结构优化及其工作稳定性的提高提供了理论依据。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

盾构机刀盘四齿轮并联驱动的载荷均衡性仿真

建立了盾构机刀盘四齿轮并联驱动系统的动力学方程,运用UG软件建立了该系统的三维模型,并利用ADAMS软件对该系统进行了动态仿真,分析了啮合阻尼、啮合刚度、齿侧间隙和主动齿轮布置方式等因素对齿轮副载荷均衡性的影响。研究表明,各个齿轮副啮合刚度和啮合阻尼相差越大,载荷分配就越不均匀;齿侧间隙在驱动载荷变化时对载荷均衡性影响较大;主动齿轮不同布置方式对传动系统的传动平稳性有较大影响。分析结果可为多齿轮并联驱动系统的设计与制造提供理论依据。     

基于实测齿面误差的齿轮副动力学特性分析

齿面误差是齿轮产生振动和噪声的最主要影响因素,为了研究齿面误差对齿轮系统影响规律,针对实测齿面误差,通过接触分析,计算了考虑齿廓偏差、径向跳动和齿距偏差的齿轮系统静态传递误差。在借鉴前人对齿轮传动系统研究的基础上,建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合阻尼和静态传递误差的一对单自由度圆柱齿轮副的动力学微分方程。通过数值仿真的方法分析齿轮系统的动态特性,研究结果表明,根据实测齿面误差计算得到的静态传递误差成分更丰富,齿廓偏差在低转速下对齿轮系统的影响较大,径向跳动和齿距偏差在高速时对齿轮系统的影响较大。     

基于增量谐波平衡法的人字齿轮副非线性频响特性分析

建立了考虑时变啮合刚度、恒定间隙、动态间隙、静态传动误差和外部动态激励的人字齿轮副扭转动力学模型,采用增量谐波平衡法分别求解了恒定间隙和动态间隙下系统的频响特性,用Runge-Kutta数值法对计算结果进行验证,分析了时变啮合刚度、阻尼、静态传动误差及外载激励对系统幅频特性的影响.结果表明,系统中不仅存在着主谐波响应,而且存在着超谐波响应;时变啮合刚度、静态传动误差对系统幅频响应有激励作用,阻尼对系统幅频响应有抑制作用,改变外载激励对系统幅频响应状态变化的影响不大;相比于恒定间隙,增加动态间隙幅值能进一步控制齿轮系统的非线性振动.