考虑不确定性因素的齿轮系统动力学研究综述

齿轮系统应用广泛,并在风力发电、航空航天、汽车和盾构机等机械设备中发挥关键作用。其动力学特性的优劣将直接影响设备整机的工作性能。然而齿轮传动的结构形式多样、内外部激励和非线性因素丰富,同时工作环境复杂多变,这使其动力学分析相比较于其他机械系统更加复杂。另外,制造、加工、装配等的误差、磨损、润滑和运行环境等因素将导致齿轮系统的内外部激励和系统参数具有不确定性。齿轮系统动力学分析需要考虑这些不确定性因素。目前,针对齿轮系统动力学特性的不确定性分析,国内外学者已开展了广泛的研究工作。从不确定性因素的描述方式、动力学方程的求解方法、动力学特性分析、可靠性与优化设计、以及不确定性分析的试验研究等方面系统地评述国内外学者对齿轮传动系统不确定性动力学特性的研究现状,并给出需要进一步研究的问题。     

面齿轮精密磨削砂轮数控修整技术研究

为改善面齿轮磨削加工精度,提出了一种面齿轮磨削砂轮数控修整及误差影响分析方法。基于面齿轮传动原理,进行了面齿轮碟形砂轮磨削运动分析。依据砂轮齿廓特点,选择金刚滚轮修整,并计算金刚滚轮的运动轨迹曲线,提出了一种数控刀位点和步长的选取方式。分析了砂轮型面误差类型,给出了误差条件下的面齿轮齿面方程。借助MATLAB和CATIA软件对面齿轮齿面点进行拟合,获得了砂轮型面误差对面齿轮型面影响的变化规律。最后进行了砂轮修整和面齿轮磨削加工试验,通过对面齿轮齿面进行检测,得到面齿轮全齿面法向偏差范围-10.1um～12um。结果验证了砂轮修整方法的可行性,为面齿轮的工程化应用奠定基础。     

人字齿行星传动多体动力学建模与分析

根据人字齿行星传动的结构特点,借助ADAMS建立该类传动的多体动力学模型,对其进行自由振动特性分析。结果表明,当人字齿轮左右两部分结构完全对称时,人字齿行星传动存在中心构件扭转振动、中心构件平移振动和行星轮振动3种典型模式,且3种振动模式的特点与直齿行星传动基本一致。在不考虑传动件结构柔性的情况下,基于多体动力学模型的自由振动分析结果与采用集中参数模型的仿真结果完全一致,表明本文所建模型的正确性,可为后续的参数敏感度分析及动响应分析提供模型依据。     

齿轮参数激光测量系统运动学分析与仿真

齿轮参数激光测量系统的运动平稳性和可靠性是保证测量精度的重要因素。为了了解该测量机构的运动特性,通过使用Solidworks软件对齿轮参数激光测量系统进行实体建模,采用D-H法对该测量系统各个运动关节建立了坐标系并进行了正运动学分析。利用MATLAB中Robotics Toolbox工具箱,对该测量机构建立了运动学模型并对其进行了运动学仿真,对运动关节进行了轨迹规划仿真。通过运动仿真结果,可以更加清楚地了解测量系统在测量过程中的运动过程,对轨迹规划的仿真验证了运动机构的可靠性和平稳性。     

自适应时间尺度分解方法及其应用

针对齿轮故障振动信号的非线性、非平稳和多分量的特征,在定义了瞬时频率具有物理意义的本征时间尺度函数(intrinsic time-scale function,ITF)的基础上,结合固有时间尺度分解中基线信号的构造方法,提出自适应时间尺度分解(adaptive time-scale decomposition,ATD)的时频分析方法,该方法可以自适应地将一个复杂信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的本征时间尺度分量之和.仿真分析验证了ATD方法的有效性以及定义本征时间尺度函数方法的合理性.分别将ATD、经验模态分解(EMD)、局部均值分解(LMD)和固有时间尺度分解(ITD)与包络解调分析相结合应用于斜齿轮故障诊断中,实验结果表明:自适应时间尺度分解方法在保证分解结果正确性的前提下,计算效率方面具有明显优势,将该方法与包络解调相结合能够有效提取到齿轮的故障特征.     

弧齿锥齿轮有限元建模与接触分析

为了使有限元软件能够对齿面微米量级变化的齿轮进行分析,提出了基于高精度建模的有限元分析方法。将齿面的理论计算公式转化成数值计算算法,按照有限元理论和有限元软件的编程语法将齿轮实体进行节点坐标求解和网格单元划分,可以求得一对装配好的有限元齿轮模型。高精度建模的高重合度弧齿锥齿轮算例中,将有限元计算结果与实验结果对比,发现两者的一致性:弯曲应力曲线形状一致,变化规律相近;接触印痕区域一致,变化趋势相同。高精度建模有限元分析能够清晰的反映齿面微米量级改变导致的印痕和应力的变化。     

装载机变速箱运动仿真与动力分析

为了提高工程车辆研制设计中的技术分析与性能模拟水平,运用三维实体设计软件Pro/Engineer完成了轮式装载机变速箱零件三维造型设计和总成零部件装配连接;根据装载机变速箱前进II档运输工况牵引性能实验获得的速度与动力变化参数,运用Pro/Mechanism的运动仿真与动力分析功能,实现了装载机变速箱在实际动力驱动下的运动仿真与动力分析,检验了变速箱总成零部件的运动与动力特性,提高了工程车辆研制开发技术分析与性能模拟水平.     

重载齿轮涂层承载能力的仿真分析

为了将物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)涂层应用到高速重载齿轮传动装置中,运用有限元分析了涂层类型、涂层厚度、载荷大小对涂层应力分布的影响.考虑到齿轮轮齿工作面受力复杂,结合齿轮轮齿实际载荷,用非线性弹簧单元来模拟涂层-基体结构的界面结合层,建立了齿轮涂层接触力学计算模型.结合国内外其他学者所做的实验研究,计算结果表明:涂层表面的最大等效应力是涂层表面裂纹产生的主要因素,涂层厚度对等效应力分布有较大影响;涂层/基底界面的最大切应力是导致涂层剥落的主要因素,不同的涂层厚度对切应力点的分布有很明显的影响;载荷等级影响涂层的应力分布和失效形式.     

增材制造椭圆锥齿轮的齿面与齿距误差分析

为提高椭圆锥齿轮增材制造的加工精度,减少其加工误差,对增材制造加工的椭圆锥齿轮进行误差测量,并分析误差产生的原因．运用齿轮啮合空间传动原理及增材制造的基本原理,建立了椭圆锥齿轮空间啮合坐标系、增材加工坐标系、分层模型、椭圆锥齿轮的理论误差模型和误差检测模型;对椭圆锥齿轮进行前处理分析,并对增材制造过程进行研究,获得该齿轮增材制造的加工方法;采用超景深三维显微系统和三坐标测量机对该齿轮进行检测,分析其表面误差精度与齿距误差．结果表明:利用增材制造法加工的椭圆锥齿轮误差偏大;优化STL模型,减小金属粉末直径,减少激光半径和热效应对加工层的影响,均有助于提高增材制造加工精度．     

波发生器外置谐波式齿轮泵轮齿表面耐磨分析

针对普通齿轮传动和谐波齿轮传动在齿面磨损计算方面的差异。通过对波发生器外置谐波式齿轮泵柔轮所受液压力的分析,推导了柔轮所受液压力矩的近似计算公式,并在此基础上推出了轮齿工作表面耐磨条件公式,为谐波式齿轮泵的设计和进一步研究提供了理论参考。