基于分段啮合刚度的双圆弧斜齿轮转子系统的振动响应分析

以双圆弧斜齿轮平行轴转子系统为研究对象,结合其啮合过程的变形特点,导出了其动能和势能的计算公式,根据拉格朗日方程建立了齿轮啮合的动力学模型;根据转子系统齿轮多点和多齿的啮合特点,采用分段式的方法计算其啮合刚度,将其与动力学模型相结合,采用有限元法,求解平行轴转子的弯曲振动和弯扭耦合振动特征值,并分析了系统在不平衡力作用下随激振频率变化的振动响应曲线.研究表明,采用分段式计算啮合刚度的方法来分析双圆弧齿轮是可行的,以此为根据求解的响应曲线符合转子动力学的振动规律,可为双圆弧齿轮平行轴转子系统的动力学分析提供理论基础.     

DH型压缩机组动力学特性的有限元分析

用有限元方法对一台实际的DH型离心压缩机组的核心部分－多根平行轴齿轮转子系统的动特性进行了分析。在计算中使用了有限元软件ANSYS，其中所用的模型可以计入滑动轴承的刚度系数和阻尼系数以及齿轮的啮合。     

不同自由度耦合斜齿轮转子系统的振动特性

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统为研究对象,考虑静态传递误差和齿轮几何偏心等因素的影响,建立了全自由度通用齿轮啮合动力学模型。将其与转子系统有限元模型进行耦合,建立了平行轴系齿轮转子系统有限元模型。转子系统采用梁单元模拟,齿轮之间的啮合通过啮合刚度矩阵和阻尼矩阵模拟,并分析了不同自由度耦合下系统的固有特性和振动响应特性。研究结果表明,考虑弯扭耦合和弯扭轴摆耦合会产生较多的弯扭耦合频率,响应计算结果出现的峰值点均对应系统的固有频率,而考虑弯扭轴摆耦合可以更好地表征系统的不同自由度的耦合振动情况。此研究结果可为齿轮耦合转子系统设计提供参考。     

旋转轴弯扭振动测量的激光多普勒光学系统误差分析

在高速旋转机械的故障诊断研究中,实际转子系统具有复杂的非线性动力学特性,为此,基于非线性转子动力学理论建立高速泵转子系统动力学有限元模型,研究了非线性油膜力作用下的轴承阻尼和刚度确定方法,分析了陀螺力矩和滑动轴承油膜力作用等因素对转子系统动力学特性的影响,研究了转速、偏心距和轴段直径等因素对转子系统不平衡响应的影响,为工程实际应用中的转子轴承系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供了理论依据.     

高速转子-轴承系统的复杂动力学行为研究

在高速旋转机械的故障诊断研究中,实际转子系统具有复杂的非线性动力学特性,为此,基于非线性转子动力学理论建立高速泵转子系统动力学有限元模型,研究了非线性油膜力作用下的轴承阻尼扣刚度确定方法,分析了陀螺力矩和滑动轴承油膜力作用等因素对转子系统动力学特性的影响,研究了转速、偏心距和轴段直径等因素对转子系统不平衡响应的影响,为工程实际应用中的转子轴承系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供了理论依据.     

基于能量解析法的多轴系齿轮传动系统动力学模型的建立

基于能量解析法给出了转子-轴承-齿轮传动系统的动力学方程。并建立了耦合转子动力学系统的模型。建模过程中考虑了转子轴的剪切、弯曲、扭转、轴向力、陀螺效应及内阻尼的影响,考虑了不同形式的轴承即动压油膜轴承和滚动轴承的影响,同时也考虑了齿轮副的时变啮合刚度和传动误差的影响。为进一步的动力学特性分析提供了精确的模型。     

滚动轴承-转子系统动力学建模与仿真分析

以某细长轴实验平台为研究对象,考虑滚动轴承的接触非线性对滚动轴承—转子系统动力学特性的影响,将基座、轴承的振动纳入到研究范围内,建立了滚动轴承-转子-基座的动力学模型。采用变步长的Runge-Kutta方法对其求解,利用分叉图研究了系统在不同转速、不同转子质量偏心距和改变轴的刚度、改变支撑阻尼时的分叉特点和混沌行为;利用轴心轨迹图、poincare图、频谱图分析了系统在不同状态下的信号特点。结果表明,在细长轴的转子实验台上,随着转速的增加,系统的振动很大,稳定工作的周期运动区域很窄,转子工作时要时刻注意避免混沌运动;轴的刚度对转子的影响很大,大的刚度可使转子运动变得稳定,但同时也会将轴承的振动更多的传递到了转子上;质量偏心对系统的动力学特性有一定的影响,大的偏心会使转子的振动加剧、混沌运动区域变长、最小碰摩转速降低,因而在装配时必须尽量要避免偏心;支撑阻尼对转子系统的振动有很大的影响,随着支撑阻尼的增加,转子的振动幅值降低,混沌区域变窄,周期运动区域大大增加,系统容易稳定。     

高速人字齿轮传动系统动力学特性研究

基于有限元数值解析法给出了人字齿齿轮传动系统的动力学方程并建立了转子-轴承-齿轮动力学系统的模型。建模过程中考虑了转子轴的剪切、弯曲、扭转、轴向力、陀螺效应及内阻尼的影响,同时也考虑了人字齿齿轮副的时变啮合刚度和传动误差的影响。并对高速齿轮转子进行了动力学分析,与试验齿轮箱实测数据对比基本吻合。     

转子-机匣系统碰摩的灵敏度研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子碰摩的动力学方程，进行了转子-机理系统碰摩的灵敏度研究，分析了转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度对灵敏度的影响，并给出了数值分析解；讨论了参数的变化对碰摩的产生和影响，避免了设计旋转机械的盲目性。     

基于变截面多轴段双刚度转子第二类临界转速与试验

基于单截面双刚度转子动力学分析原理与局限,针对变截面多轴段双刚度转子提出一种可行的双向刚度差异系数的计算方法,同时考虑因滚动轴承在高转速、低负载、大粘度情况下接触刚度与油膜刚度相当而导致随转子转速增大其综合径向支承刚度下降对转子临界转速的影响,采用集中质量法将变截面多轴段双刚度转子简化为多圆盘转子系统进行动力学分析,求出其第二类临界转速,并与某型高速齿轮箱的双刚度行星架振动测试结果对比分析,得到了较好的验证,具有一定的工程使用意义。     

多平行轴齿轮耦合转子系统的振动响应

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统膨胀机子系统为研究对象,建立了斜齿轮啮合副动力学模型和转子系统有限元模型,考虑了齿轮啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向的影响,推导出齿轮啮合刚度矩阵。基于模态叠加法,对弯-扭耦合转子系统膨胀机子系统进行了固有特性分析和瞬态方式的不平衡响应分析,得到齿轮啮合前、后系统加载处的不平衡响应变化曲线。研究表明,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,系统可能会在某个非固有频率处不平衡响应进行积累叠加,出现最大振动的现象,同时识别出共振峰的产生机理。齿轮耦合对转子系统动力学特性产生了很大的影响,使系统振型表现为耦合振型,必须以耦合的方式分析系统的振动特性,为防止系统发生大的振动提供依据,对齿轮系统的设计和故障分析具有指导意义。     

Effects of dynamic transmission errors and vibration stability in helical gears

Transmission error is an important reason for instability in helical gears. A six-degree-of-freedom dynamic model coupled flexional, torsional and axial motion of a helical gear transmission system, which includes time varying mesh stiffness, bearing supporting stiffness, mesh damping and backlash, is developed, after taking into account the dynamic characteristics and vibration responses of helical gear in three dimensions. Influences of involute contact ratio, bearing supporting stiffness, mesh damping and backlash on the dynamic transmission errors and vibration stability of the helical gear system are investigated using numerical simulation technique. The effects on dynamic transmission errors and stabilities by contact ratio, supporting stiffness and mesh damping as well as gear backlash are analyzed. The intrinsic relationship between above parameters and dynamic transmission errors and stabilities for helical gear system are presented. The stable and unstable regions under different parameters are given. The results in this paper can be helpful to the dynamic and stable design of a helical gear transmission system.     

套齿联轴器对航空发动机振动特性的影响

研究了航空发动机套齿联轴器的连接刚度,推导了套齿动态啮合力计算模型,分析了随扭矩、套齿不对中和动态相对位移变化的套齿啮合力和啮合刚度。依据航空发动机套齿连接结构,建立了含套齿联轴器的三支点转子动力学模型,分析了套齿连接刚度对系统频率响应特性的影响,在考虑转轴间角度不对中的情况下,分析了套齿连接刚度对系统不对中响应的影响规律。结果发现,动态啮合力模型能够更加真实地模拟套齿连接刚度的变化,但是,当其径向啮合刚度变化不大时,其计算结果与等效刚度模型的计算结果相同,套齿角向刚度对系统动力性能影响很大,在套齿设计、装配和使用中需要重视。     

齿轮系统动态传递误差和振动稳定性的数值研究

建立了计及轮齿时变啮合刚度、啮合阻尼、支承刚度和阻尼的齿轮系统扭转-横向振动耦合的3自由度动力学模型。用数值仿真方法,研究了重合度、支承刚度、啮合阻尼和支承阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响。研究结论对于高速、精密齿轮传动的动力学设计具有积极意义。     

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。     

刚度阵奇异的多平行轴转子系统振动的求解

分析了具有斜齿轮传动的多平行轴转子系统,采用集中参数模型,用传递矩阵法建立了系统弯扭耦合振动方程,系统振动方程的刚度阵、阻尼阵为大型稀疏、不对称阵,由于刚度为奇异阵,使方程的求解更加困难。本文用两种方法求解了系统的振动方程。     

基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动特性

为了分析基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动放大特性,针对高转速瞬态工况下斜齿轮齿面啮合-脱啮-齿背接触的齿面实际承载接触状态,建立了同时考虑啮合时间与齿面振动位移耦合机理的斜齿轮动态啮合刚度。在细化考虑齿背啮合机理、基于齿背实际啮合刚度的模型基础上,进一步建立斜齿轮啮合型瞬态振动模型,并在此基础上展开不同齿侧间隙以及齿背接触对系统瞬态振动特性影响分析研究。搭建封闭功率流式斜齿轮瞬态扭转振动测试试验台,对基于齿背接触刚度的斜齿轮瞬态振动特性进行了验证。该研究具有较好的理论研究意义,有利于斜齿轮传动系统在航空传动、新能源传动系统上的应用推广,进一步提升高转速齿轮系统的瞬态振动噪声品质。     

提高多级齿轮传动系统动态性能的优化设计

提出了提高多级斜齿圆柱齿轮传动系统动态性能优化设计方法。重点论述了系统动力学模型的建立,运动微分方程的求解方法和优化数学模型。由于系统动力学模型考虑了多对齿轮的转动惯量、时变啮合刚度、误差、阻尼以及轴的转动惯量和刚度,因此,所建立的微分方程式是多自由度时变方程组,对此,本文采用模态分析法与状态空间法相结合的方法进行求解。在此基础上,建立了提高齿轮传动系统动态性能优化设计的数学模型。实例计算证明,动态性能优化设计后的齿轮传动系统,其动态性能有明显的改善。     

Vibration from a shaft-bearing-plate system due to an axial excitation of helical gears

In this paper, a simplified model is studied to predict analytically the vibration from the helical gear system due to an axial excitation of helical gears. The simplified model describes gear, shaft, bearing, and housing. In order to obtain the axial force of helical gears, the mesh stiffness is calculated in the load deflection relation. The axial force is obtained from the solution of the equation of motion, using the mesh stiffness. It is used as a longitudinal excitation of the shaft, which in turn drives the gear housing through the bearing. In this study, the shaft is modeled as a rod, while the bearing is modeled as a parallel spring and damper only supporting longitudinal forces. The gear housing is modeled as a clamped circular plate with viscous damping. For the modeling of this system, transfer matrices for the rod and bearing are used, using a spectral method with four pole parameters. The model is validated by finite element analysis. Using the model, parameter studies are carried out. As a result, the linearized dynamic shaft force due to the gear excitation in the frequency domain was proposed. Out-of-plan displacement from the forced vibrating circular plate and the renewed mode normalization constant of the circular plate were also proposed. In order to control the axial vibration of the helical gear system, the plate was more important than the shaft and the bearing. Finally, the effect of the dominant design parameters for the gear system can be investigated by this model.     

含柔性转子的齿轮-轴承系统动态特性分析

为了分析齿轮系统动力学中的全耦合振动,提出采用虚拟样机建模的方法,将柔性转子引入到啮合耦合系统中,考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙和轴承间隙的影响,建立齿轮-柔性转子-轴承系统虚拟样机模型,通过求解模型的动力学方程得到系统的非线性动力学响应。仿真结果表明:考虑柔性转子的耦合系统,啮合冲击峰值下降明显;转子柔性增加,齿轮低频扭转振动出现"拍"现象;高速轻载时啮合振动非线性特性增强;轴承间隙增大使啮合力振动幅值显著增大。