船舶齿轮传动装置箱体振动噪声分析与控制研究进展

箱体作为船舶齿轮传动装置的重要组成部分,在工作过程中由于齿轮系统的激励会产生振动噪声,不仅影响船舱的舒适性,还会对船舶的安全造成威胁。针对船舶齿轮箱尺寸大、结构复杂、安装形式多样的特点,文章从振动噪声的分析方法和控制措施两方面总结了国内外近年来的研究进展。在分析方法方面,对比了采用齿轮系统-箱体全有限元模型进行振动分析与采用齿轮系统集中质量模型和箱体有限元模型进行振动分析的优缺点,评述了有限元法、边界元法、统计能量法、中频混合法等方法的特点及研究进展,总结了计入安装特征影响的方法。在控制措施方面,介绍了以降低振动噪声为目标指导齿轮箱结构改进的方法,总结了确定阻尼材料敷设位置、方式及厚度的方法。最后讨论了需要进一步研究的问题。

基于行星滚柱丝杠副的机电作动器动态特性分析

以舵回路系统中机电作动器为研究对象,考虑机电作动器的安装和舵面负载连接,建立了基于行星滚柱丝杠副的机电作动器数学模型。采用AMESim进行仿真对比分析,探讨了机电作动器中结构刚度、摩擦和间隙等非线性因素对系统动态性能的影响。结果表明:相比传动刚度,结构刚度中固定刚度的提高对于系统动态响应的改善作用更明显;行星滚柱丝杠副间隙量越大,系统的阶跃响应波动幅值越明显;在给定舵控指令下,机电作动器的仿真位移输出响应误差最大为1.8 mm,相对误差为1.2%,从而较好的反映了模型的有效性,为功率电传机电作动器的进一步结构优化和控制提供理论依据。

平行轴齿轮传动系统动力学建模的有限单元法

为了能获取更为准确的轴承响应以预测齿轮箱体噪声,提出了适用于平行轴外啮合圆柱齿轮-轴-轴承-箱体系统动力学建模的有限单元法。该方法将连续分布的齿轮系统离散为轴段单元、啮合单元和轴承-基础单元,通过建立模块化的单元运动方程,根据单元连接关系生成矩阵组装规则,实现系统整体动力学模型的自动建立。模型中考虑了轴段剪切效应的影响,推导了齿轮副在不同旋向和转向时的弯-扭-轴-摆全自由度耦合振动方程,提出了箱体柔性对转子系统振动耦合作用的计入方法。以一对单级斜齿轮传动为例,通过与已有实验数据的对比验证了此方法的有效性。结果表明,采用有限元法计算齿轮副和轴承响应比常规集中质量法具有更高的求解精度。利用此方法编写了规范化程序,为工程中处理多级复杂平行轴齿轮系统的振动和噪声问题提供了有效手段。

耦合箱体振动的行星齿轮传动系统动态响应分析

为获得准确的行星齿轮传动系统动态响应进行精确产品设计,文中建立了耦合箱体振动的2K-H行星传动系统动力学模型.将整个行星传动系统分为传动部分与箱体结构两部分,对传动部分采用集中质量模型而对箱体结构采用有限元法建模,然后根据子结构方法将箱体模型转换到轴承支撑的连接节点,并与传动部分通过界面协调条件进行耦合.文中还引入了时变的啮合刚度、综合啮合误差激励,从而获得了一个时变的、多自由度耦合行星齿轮传动系统动力学模型.耦合箱体前、后的系统动力学分析结果表明:箱体结构的耦合作用使行星传动系统的啮合力与支承力均有较大程度的降低;在系统参数不变的情况下,输入转速变化使啮合力和支承力呈不同趋势变化;有必要进行精确的动力学建模与分析,以实现优化的传动系统轻量化和可靠性设计.

箱体柔性对齿轮传动系统动态特性的影响分析

分别建立了齿轮、轴、轴承及箱体的阻抗模型,并采用阻抗综合法建立了"齿轮-轴-轴承-箱体"耦合动力学模型,实现了传动系统与箱体的耦合。以单级斜齿轮减速器为对象,计算了"齿轮-轴-轴承-箱体"耦合系统的固有频率,以及耦合系统在轮齿时变啮合刚度激励下的齿轮动态啮合力及轴承动态支反力,并与不耦合箱体的情况进行了对比。结果表明:耦合箱体后,系统的固有频率降低了;箱体柔性对轴承动态支反力的影响要大于对齿轮动态啮合力的影响;考虑箱体柔性后,系统的振动可能减小,也可能加剧,取决于系统的工作转速。

含多个间隙铰的舵机传动系统动力学特性研究

为了满足舵机传动系统中铰链小间隙、大力载和大接触区域的特点,建立了一种适用于大面积接触碰撞过程且考虑非线性变刚度系数和轴承轴向尺寸的法向接触力模型。通过在不同间隙尺寸、恢复因数、初始碰撞速度和轴承轴向尺寸等各种工况下的仿真分析,验证模型的适用范围。进一步通过ADAMS软件中用户自定义子程序接口,将该接触力模型通过编译、链接嵌入舵机传动系统的动力学模型中,仿真结果表明:多个间隙铰下的系统动态响应并非单个间隙下响应的简单叠加,其相互耦合作用加剧了系统的振荡及非线性特性。该研究为含间隙铰飞行器的结构优化及控制策略设计提供理论参考。

面向产品研发工作流的基于属性和任务访问控制模型

为了满足产品研发工作流中权限配置与使用的要求,将属性概念贯穿到任务权限的定义、配置和使用整个过程中,为权限控制提供更加丰富的约束。给出属性的定义,分析了属性应满足的性质。提出基于属性和任务的访问控制模型,模型中将代表用户工作的进程作为执行访问的直接主体,引入包含任务和任务状态信息的任务步概念,使进程和权限相关的任务步的匹配关系成为权限使用的先决条件,将权限的使用限制在与任务相关的工作中。在模型的实施机制中引入义务概念,以支持动态的权限管理策略。工程应用表明,该模型可增强任务权限的使用控制,支持产品研发工作流的动态访问控制策略。

机电作动器舵回路系统动态特性分析

为了提高机电作动器舵回路系统动态特性,以基于行星滚柱丝杠副的机电作动器舵回路系统为研究对象,建立一种采用一维伺服控制系统模型与三维机构动力学模型相结合的闭环耦合模型。通过变量信息实时交互实现联合仿真,进一步探究机电作动器中行星滚柱丝杠副摩擦力矩、刚度和间隙等非线性因素对舵回路系统的动态特性影响。结果表明:摩擦力矩是影响系统响应稳态值的主要因素;当系统输入阶跃信号时,刚度和间隙是造成系统振荡的主要原因;考虑摩擦力矩时,系统的跟踪精度降低,响应速度变慢;提高刚度可避免系统大幅振荡,能够保证系统稳定性;减小间隙量,可降低系统阶跃响应波动幅值,并加快系统调节时间。

双齿轮箱传动系统耦合振动特性研究

基于广义有限元法和子结构法,建立了通过膜片联轴器耦合的双齿轮箱传动系统的动力学模型,通过傅里叶级数法进行求解,获得了耦合系统各啮合副上的动态啮合力和各轴承上的动态轴承力,并与未耦合联轴器的各单独子系统的动力学分析结果进行了对比。结果表明,耦合对于动态啮合力的影响较小,而对于动态轴承力的影响较大,尤其是对与联轴器同轴系上的轴承作用尤为明显;且耦合作用使得动态啮合力和动态轴承力中均增加了其他频率成分,但幅值较小。

人体下肢关节运动仿真与实验测试研究

基于人体下肢关节运动机理与下肢生物力学,介绍了下肢关节的结构、功能和运动范围。对人体下肢进行简化,建立下肢简化数学模型,获得髋、膝和踝关节的姿态坐标方程。利用UG建立模型,使用Adams与OpenSim分别进行仿真测试,得到下肢关节角度、步高和步长曲线。借助Xsens DOT商用穿戴式传感器进行实验测试,仿真结果与实验测试结果相似,关节的角度、步高步长曲线与实际人体行走时测试结果吻合。表明简化模型和仿真测试合理有效,符合人体下肢行走过程。研究为运动测试、康复医疗和外骨骼设计等领域提供了一种简化研究方法。

含间隙铰链舵面传动机构刚柔耦合动态特性研究

为了研究间隙铰链对舵面传动机构动态特性的影响规律,基于一种改进的变刚度法向碰撞力模型,计入杆件弹性因素,分别进行了不同间隙值(c=0、c=δ及c=1.6δ)、不同摩擦因数(0.06、0.08及0.1)工况下舵机角速度、角加速度的数值模拟分析。结果表明,因间隙影响,舵机动态输出角速度、角加速度均呈现明显的振荡现象,且角加速度较角速度振荡幅值更大;同时,在驱动载荷发生变化时,角速度、角加速度均存在较大的波动,但无间隙情况下的波动程度较有间隙情况下更大;此外,间隙铰链处摩擦因数越大,角速度和角加速度振荡幅值越大,并伴随高频振荡和延迟现象。

直升机齿轮传动系统干运转研究进展

传动系统的稳定性直接关系到直升机的生存能力。战伤状态下润滑系统失效,干运转工况加速了齿轮表面损伤和破坏。齿轮干运转能力已成为衡量现代直升机的一项重要指标。回顾了齿轮传动系统干运转热分析的研究现状,从齿轮表面改性、涂层、表面结构处理、传动系统与润滑系统设计等现有提升齿轮干运转能力的方法以及试验研究等方面进行综述,总结了各种方法的应用现状,为该领域的研究和发展提供参考。

机电起竖装置铰链位置及输出速度优化研究

为实现机电作动系统快速起竖,揭示了起竖装置中铰链安装位置、系统输出速度对其输出瞬时功率、输出合力的影响规律,优化研究了机电起竖装置铰链位置及系统输出速度。分别对负载和机电作动系统建立了动力学模型,探究了机电作动系统不同输出速度以及铰链位置与其输出瞬时功率及合力的关系;针对不同铰链安装位置和机电作动系统输出速度,采用遗传算法对其进行了优化分析,得到铰链位置及输出速度最佳匹配关系,提高了起竖装置工作效率,使得整个装置空间布局最优,安装空间最紧凑。

新型行星滚柱滚轮复合传动装置原理及运动学分析

提出了一种将行星滚柱丝杠和次摆线滚轮齿条进行结合形成的新型传动装置——行星滚柱滚轮复合传动装置,该装置不仅具有行星滚柱丝杠结构紧凑、承载力大的优点,还兼具次摆线滚轮齿条传动精度高、低噪声的优点。阐述了该装置的传动原理并建立了传动装置参数匹配设计方法;针对特定工况需求,进行了传动装置的参数设计和三维建模。采用Adams软件完成了行星滚柱滚轮复合传动装置的运动学仿真,验证了该传动装置的基本传动原理及设计的可行性,并分析归纳了部分基本设计参数对运动特性的影响规律。

行星滚柱丝杠螺纹副-齿轮副同步啮合动态滑动特性

为揭示行星滚柱丝杠螺纹副-齿轮副同步啮合动态滑动特性,推导了行星滚柱丝杠滑动角计算方法,建立了行星滚柱丝杠数值模型,验证了滑动角计算方法的准确性。首先,基于节圆偏移产生机制,建立了滑动角运动学分析模型,通过与数值解对比,验证其准确性;在此基础上,分析了丝杠转速、螺母负载对滑动角大小以及螺纹副、齿轮副滑动距离的影响规律。结果表明,滑动角随着丝杠转速、螺母负载的增大而增大;滚柱-丝杠侧滑动距离远大于滚柱-螺母侧,且均随着丝杠转速、螺母负载的增大而增大;齿轮副滑动距离随丝杠转速增大而减小,随螺母负载增大而增大。

不同方向上行星滚柱丝杠螺纹副啮合侧隙研究

根据丝杠、滚柱以及螺母结构特征,利用空间曲面参数方程分别建立了行星滚柱丝杠各个零件的螺旋曲面模型,并结合行星滚柱丝杠装配关系,得到行星滚柱丝杠空间啮合曲面方程。在此基础上,获得螺旋曲面法向量,基于曲面啮合条件,考虑零件运动方向,建立了行星滚柱丝杠在轴向、径向以及周向上的啮合侧隙模型,并讨论了结构参数对行星滚柱丝杠啮合侧隙的影响规律。结果表明,滚柱与丝杠侧在3个方向上的啮合点均不在螺纹中径,滚柱与螺母侧3个方向上的啮合点均在滚柱螺纹中径位置;螺距、牙侧角以及螺纹牙厚均对行星滚柱丝杠啮合侧隙有影响,只有增大螺纹牙厚才能同时减小3个方向上的啮合侧隙,螺距和牙侧角应根据实际需要选择合适的参数。

裂纹故障下细高齿齿轮齿根动应变研究

为探究裂纹故障对细高齿齿轮齿根动应变的影响规律,采用集中质量法建立齿轮系统动力学模型,将故障下的时变啮合刚度作为输入,对系统动力学方程进行求解得到不同裂纹深度下的齿轮副动态啮合力。利用有限元法建立含裂纹故障齿轮结构动力学分析模型,结合轮齿承载接触分析确定裂纹故障下的齿间载荷分配关系,采用瞬态分析得到齿根应变时域历程,并对不同裂纹深度下的齿根动应变进行分析。仿真结果表明,当从动轮发生裂纹故障后,其齿根动应变故障特征主要表现为啮合区内齿根应变数值的变化,主动轮齿根动应变故障特征主要表现为齿根应变时域历程中出现周期性冲击及幅值衰减,在1.5 mm裂纹深度下主动轮齿根应变峰值因子相对变化量达到12.72%。

大重合度直齿轮动载特性分析

针对大重合度直齿轮啮合齿数与普通直齿轮间的差异性变化,以一对大重合度直齿轮和普通直齿轮为研究对象,通过有限元法求解齿轮时变啮合刚度,建立大重合度直齿轮啮合耦合型动力学模型,利用Newmark-β时域积分求解齿轮系统动态响应,对其进行时频域分析并与普通直齿轮进行对比,获得了大重合度直齿轮在不同转速、误差影响下的动载系数变化规律。结果表明,大重合度直齿轮啮合刚度与普通齿轮有较大差异,其动态响应结果波动幅值较普通直齿轮有明显降低,提升了系统稳定性;大重合度直齿轮动载系数与普通直齿轮相比有明显下降,并且随着转速的升高和误差的增大出现不同程度的增加,其中在共振转速区域范围内增幅明显。

行星滚柱丝杠螺纹副动载荷分布计算方法研究

为揭示行星滚柱丝杠在高速运转条件下的动载荷分布特性,基于螺旋曲面方程和变形协调关系,提出了滚柱-丝杠及滚柱-螺母螺纹在接触点处静态接触力计算方法,推导出承载后接触角计算公式。在此基础上,进一步考虑高速运转产生的惯性力作用,建立了行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布模型。通过与行星滚柱丝杠有限元接触模型进行对比,两者误差在5%以内,验证了所建理论模型的正确性。分析了丝杠转速、轴向载荷、螺距及牙侧角等参数对动载荷分布的影响规律。结果表明:惯性力使滚柱产生靠近螺母远离丝杠的趋势,使得滚柱-丝杠侧动态接触力减小,滚柱-螺母侧动态接触力增大;动载荷分布不均程度与丝杠转速和螺距呈正相关,与牙侧角呈负相关,且轴向载荷大小对动载荷分布影响较大。

反向式行星滚柱丝杠副的螺纹牙修形设计

基于反向式行星滚柱丝杠副(Inverted Planetary Roller Screw Mechanism,IPRSM)的螺纹牙载荷分布情况,分析了滚柱修形和丝杠修形对其载荷分布的影响。结果表明,丝杠-滚柱接触侧的载荷不均程度比长螺母-滚柱接触侧严重,对滚柱修形后,最大接触应力以及最大载荷得到了有效降低,螺纹牙上的载荷分布更加均匀;而长螺母-滚柱接触侧对修形量变化较丝杠-滚柱接触侧更加敏感。同样,丝杠修形可有效降低最大载荷。研究对优化IPRSM的载荷分布具有一定的参考意义。