新型少齿差行星齿轮装置振动特性分析与实验研究

对某少齿差行星齿轮装置进行结构改进设计,运用动力接触有限元法求得包括啮合刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的轮齿啮合内部动态激励。通过建立有限元模态动力分析模型,计算齿轮装置固有频率及振型,综合考虑内外部激励情况下,研究该齿轮装置的结构动态响应及噪声。利用振动测试设备对该齿轮装置进行振动噪声测试。结果表明：分析预测值与实验结果相符。     

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。     

齿轮副动态啮合特性的接触有限元分析

齿轮副动态啮合特性对齿轮系统振动机理研究及动态设计都具有重要意义,而它又与齿轮副啮合位置变化、受载弹性变形及滑动摩擦等因素密切相关。本文首先建立了精确的啮合齿轮副有限元分析模型,并在此基础上提出了一种可综合考虑齿轮副连续弹性啮合过程中多种影响因素的接触有限元分析方法。然后,利用本文提出的方法分别研究了考虑滑动摩擦、齿廓修形及时变刚度等因素的齿轮副低速和高速工况下连续弹性啮合过程的动态啮合特性。研究表明：本文提出的分析方法不但可以有效研究由滑动摩擦引起的节点冲击激励,以及齿廓修形设计对齿轮副啮入、啮出冲击激励的影响,而且还能有效分析具有时变刚度激励的齿轮副参数振动响应特性,可为齿轮副动态啮合特性分析提供有效的分析工具。     

新型少齿差减速器动态特性分析及实验研究

摘 要 针对某新型少齿差行星减速器,进行了不同啮合位置时的多体接触有限元分析,求得轮齿时变啮合刚度,采用动力接触有限元法计算齿轮啮合冲击激励,得出包括时变刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的齿轮啮合内部动态激励。建立减速器的有限元动力分析模型,在综合考虑内部激励和外部激励的情况下计算了减速器的时域和频域响应及加速度级1/3倍频程结构噪声。利用振动测试分析仪对新型少齿差内啮合减速器进行测试分析,并与有限元计算结果进行对比,二者较为吻合。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析

以含裂纹故障的斜齿轮传动系统为研究对象,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形,提出了含裂纹故障斜齿轮副时变啮合刚度修正算法,并通过有限元法验证了算法的正确性,而后分析了不同长度、深度、角度等裂纹参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。在此基础上,综合考虑齿轮时变啮合刚度、静态传动误差、轴承支撑刚度及齿轮转子陀螺力等因素,基于轴系单元法建立了单级裂纹故障斜齿轮传动系统耦合动力学模型,采用Newmark-β法对系统动态特性进行分析,研究了裂纹参数对系统振动响应的影响。结果表明,随着裂纹深度及长度的增加,齿轮副啮合刚度有较大幅度的减小,系统时域响应中存在周期性冲击现象,频域响应中出现了以啮合频率为中心的调制边频带,研究结果可为含裂纹齿轮传动故障诊断提供理论依据。     

准双曲面齿轮箱响应分析及动力优化

综合考虑轮齿啮合变形、轴弯曲变形及轴承支撑刚度,建立准双曲面齿轮传动系统动力接触有限元分析模型,利用LS-DYNA仿真计算轴承的动态支反力;将轴承支反力作为箱体的动态激励,建立准双曲面齿轮箱动力分析模型,利用ANSYS进行动态响应分析,并与试验结果比较。以加速度响应均方根值最小为优化目标,箱体结构参数为设计变量,静态应力、位移及箱体体积为约束条件,建立准双曲面齿轮箱动态响应优化模型,用零阶方法求解,得到箱体最优设计参数。     

同轴对转行星齿轮传动系统动态特性分析

本文以同轴对转行星齿轮传动系统为研究对象,基于齿轮系统动力学和Lagrange方程,采用集中参数法建立了同轴对转系统的耦合动力学模型,模型中考虑了轮系的支撑刚度、弹性耦合和功率流向。在各个齿轮副的偏心误差、齿频误差和时变啮合刚度共同作用下,用数值分析方法得到了同轴对转系统的位移响应和速度响应等时域动态特性,并对比了定轴轮系与差动轮系的载荷分配,为同轴对转传动系统的动态性能优化与振动噪声研究提供了依据。     

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。     

风电齿轮传动系统变载荷动态特性分析

本文综合考虑风电低速轴气动载荷、时变啮合刚度、综合啮合误差和阻尼等因素的影响,采用集中质量法建立三级斜齿轮系统的动力学模型,推导出系统的振动微分方程;采用可变阶的数值微分算法。求解齿轮传动系统动力学微分方程,对齿轮传动系统在复杂外部激励和内部激励同时作用下的动态特性进行了分析。     

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。     

融合齿背接触机理的圆柱斜齿轮振动特性分析与双面修形优化研究

为了更合理地分析高速圆柱斜齿轮非线性振动特性、有效抑制齿面振动。通过考虑增/减速状态的轮齿承载接触模型,建立了考虑齿背接触特性的圆柱斜齿轮动态啮合刚度,得出齿面啮合刚度同时与啮合时间和齿面振动位移之间的耦合机理;进一步建立考虑齿面/齿背啮合刚度、线外啮合冲击激励的高转速圆柱斜齿轮传动系统非线性振动模型,并在此基础上展开同时计及齿面、齿背接触状态的双齿面减振修形优化研究。实例计算结果表明,计及齿背啮合刚度的振动加速度明显大于未考虑齿背啮合刚度的振动加速度,且系统表现出更加复杂的分叉特性;相较于标准齿面和单面修形,双面修形的圆柱斜齿轮具有最小的齿面振动加速度,且双面修形齿面在减缓圆柱齿轮振动的同时,也增大了系统可供稳定工作的转速区间范围,具有较好的工程实际应用价值,对提升系统稳定性设计有着积极的指导意义。     

考虑LTCA技术的功率双分支轮系动态特性分析

双路功率分支传动系统较多应用于航空系统传动装置中,为了揭示其动态振动机理,建立该系统的动态力学模型。采用承载接触分析(LTCA)技术计算齿轮副时变啮合刚度激励;利用集中质量法建立弯扭耦合的动力学微分方程,进行消除刚体位移和量纲归一化处理,采用数值解法,得到系统的时域-频域响应,给出动载系数与输入转速的函数关系。结果表明:系统动态特性受到输入转速的影响较大;啮合阻尼的增大,可以降低临界转速附近的动载荷;实验和理论具有较好的一致性。为进一步对该系统的优化设计提供理论基础。     

高速机车牵引齿轮传动系统动态特性及非线性因素影响研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度、齿面间隙、轴承游隙等多种非线性因素影响,并考虑高速机车齿轮传动系统三维空间五个方向的振动响应,建立高速机车齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合多自由度动力学分析模型。对动力学方程进行无量纲化后,采用4阶变步长Runge-Kutta法对高速机车齿轮传动系统动力学模型进行求解得到高速机车齿轮传动系统时间历程曲线和幅频响应曲线。定量给出齿轮内部激励、齿面间隙、轴承游隙等参数等对高速机车齿轮传动系统的影响,为齿轮的动态优化设计和齿面侧隙、轴承游隙等参数的合理选择提供理论基础。     

不同形式齿廓偏差对直齿轮副振动的影响规律

通过建立齿轮承载接触分析模型,计算了考虑齿面误差分布时齿轮的啮合刚度和综合啮合误差。综合考虑时变啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励的影响,建立了直齿轮副弯扭耦合动力学模型,分析了不同形式齿廓(中凸、中凹、正压力角、负压力角)偏差对系统振动的影响规律。结果表明,中凹齿廓齿轮的振动最大;负压力角偏差齿轮作从动轮时振动仅次于中凹齿廓;在多数载荷条件下,正压力角偏差齿轮的振动要小于负压力角偏差齿轮,中凸齿廓齿轮具有比理想齿廓齿轮更小的振动。研究结果为进一步提出齿轮误差控制原则提供了有效参考。     

基于动态特性的二齿差摆杆活齿参数设计研究

为减小二齿差摆杆活齿稳态响应幅值,从而降低啮合副动载荷并提高传动系统运转平稳性,基于活齿传动系统动态特性分析提出二齿差摆杆活齿参数设计方法。建立活齿传动力学模型,求得啮合副时变啮合刚度,推导出当量啮合刚度,结合系统动力学分析模型,计算系统各子构件稳态振动响应。以系统传动平稳性和啮合副动载系数建立构件动态性能评价函数,按照子构件在系统中的加权建立系统动态性能评价目标函数,通过对目标函数评估从而得到具有良好动态性能的设计参数。对3组设计参数虚拟样机进行谐响应仿真分析,仿真结果表明,基于动态特性分析确定设计参数的虚拟样机扫频振幅最小,研究结果可对提升活齿传动系统动态性提供技术参考。     

基于接触有限元的斜齿轮副啮合动态响应及频谱特性分析

基于ABAQUS商业有限元软件,采用三维接触有限元方法,建立考虑轴及轴承刚度的一对斜齿轮副-轴-轴承系统动态啮合有限元模型。分析齿轮副在仅释放从动轮旋转自由度、释放从动轮所有自由度、在从动轮中心施加轴向静推力3种工况下的啮合动态响应。对响应中的角速度、角加速度、法向动态接触力开展频域特征分析,相较于现有研究获得详细的频谱特性、幅值特性。研究结果表明,考虑轴与轴承刚度后,齿轮副的振动响应加剧;响应的频域中呈现以啮合频率为载波频率、以从动轮转频及其倍频为调制频率的调制现象。     

裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题,拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法,仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度,考虑时变啮合参数影响,运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型;求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应,并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响;通过台架实验,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响,结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析,并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异,揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明:所建立的动力学模型精度较高,能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性;由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应,导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带,故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。     

船用齿轮箱动态响应及抗冲击性能数值仿真

采用三维冲击／动力接触有限元法计算轮齿的时变啮合刚度和啮合冲击激励，用简谐函数模拟齿轮误差及外部加速度激励。综合考虑由轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励引起的内部动态激励以及由冲击加速度引起的外部激励的影响，建立了齿轮箱动力分析有限元模型。应用I—DEAS软件计算了齿轮箱的固有模态，并对齿轮箱承受内部激励和外部激励时的动态响应进行了数值仿真，得出了各种激励下齿轮箱的动态应力，为船用齿轮箱抗冲击能力的确定提供了理论依据。     

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。