计及齿面摩擦的直齿轮动力学分析

建立了考虑齿面摩擦影响的六自由度非线性直齿轮动力学模型,以FZG试验专用A型齿轮为研究对象,计算了实际时变啮合刚度,基于混合润滑模型分析了不同齿面粗糙度对应的时变摩擦系数,利用数值仿真方法研究了齿面粗糙度改变对齿轮啮合力、摩擦力、轴承力以及动传动误差等信号的时频特征的影响,并利用FZG试验台对A型齿轮具有完好齿面和损伤齿面两种状态下的多个振动加速度时频信号进行比较分析,验证了仿真结果。结果表明:齿面摩擦力会抑制啮合线方向的振动,齿面粗糙度增大会减小动传动误差,但加剧摩擦力方向振动,从而导致系统振动幅值增加,结论对齿面微损伤的故障诊断有实用参考意义。

摩擦因数时变的节点外啮合齿轮系动力学分析

以外啮合节点后啮合单级齿轮传动系统为研究对象,建立了系统六自由度非线性动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变齿面摩擦、载荷在啮合区动态分配以及齿侧间隙的影响。采用能量法计算了时变啮合刚度。基于弹流润滑(Elasto-hydrodynamic lubrication,EHL)理论计算了时变摩擦因数,与库伦摩擦模型进行了对比分析,得到了齿轮副非线性振动方程,同时采用数值方法求解了系统的动力学微分方程组,得到了系统的时域动态响应和相图,并分析了系统的动力学特性。

时变摩擦因数对弧齿锥齿轮动力学特性的影响

建立了弧齿锥齿轮多自由度非线性动力学模型,深入分析了时变摩擦因数对齿轮系统动力学特性的影响。提出了齿轮啮合混合润滑模型,利用该模型计算了齿面啮合区域每个网格点的瞬时摩擦因数。与摩擦因数经验公式法相比,该模型能更准确地预测摩擦因数。对比了时变摩擦因数、常数摩擦因数和不考虑摩擦力三种情况下的动态啮合力和传递误差。研究结果表明,时变摩擦因数对弧齿锥齿轮的动力学特性有重要影响。

油浴润滑高速枢轴承摩擦系数变载荷测量方法

提出高速枢轴承摩擦系数变载荷测量方法并设计了试验装置,测量得到枢轴承在不同转速下的摩擦系数.各试验枢轴在相同转速下,摩擦系数测量值差别明显,这源于边界润滑的随机性和复杂性;但是各轴摩擦系数均随转速升高而降低,测量平均值在0.09～0.05之间,这表明随枢轴承转速升高,流体动压效应增强,薄膜润滑降低了轴尖与宝石接触概率.通过对轴承摩擦损耗的计算来分析测量方法的可靠性,并将该方法应用于螺旋槽油膜轴承,测得其摩擦系数在0.017～0.014之间.

时变摩擦系数对准双曲面齿轮动力学行为的影响

建立了考虑时变摩擦系数和润滑状态的准双曲面齿轮14自由度非线性动力学模型。提出了准双曲面齿轮混合弹流润滑摩擦模型,反映了齿轮传动系统的润滑状态,即齿面啮合既有润滑油膜接触又有粗糙峰接触的混合状态。在混合弹流润滑状态下,对时变摩擦系数对齿轮系统动力学行为的影响作了深入分析。通过载荷承载系数求出啮合线上各接触点瞬时摩擦系数并带入系统动力学方程中,考察了齿轮系统动态啮合力和传递误差变化趋势,对比了恒定摩擦系数和时变摩擦系数对齿轮动态响应的影响。不同载荷和速度下的仿真结果表明,时变摩擦系数对准双曲面齿轮系统动力学行为具有轻微的影响。

考虑时变效应的等相对曲率齿轮动力学分析

为了研究等相对曲率齿轮的动力学特性,通过实时调用啮合点几何参数,建立了考虑法向啮合力方向、滑动摩擦因数及啮合刚度等时变效应的齿轮系统的平移-扭转耦合动力学模型,采用龙格-库塔法求解了动力学方程;通过与有限元仿真相关结果比较,验证了模型的正确性。对比分析等相对曲率齿轮与渐开线齿轮的动力学特性,结果表明,两者的动态传递误差、平均机械效率接近;等相对曲率齿轮的滑动摩擦力、滑动摩擦因数较小。建立的动力学模型能够反映等相对曲率齿轮的动力学特性,建模方法对其他非渐开线圆柱齿轮传动同样适用。

一种改进的非线性接触齿廓修形直齿轮啮合刚度分析方法

时变啮合刚度是齿轮副的周期性内部激励,是齿轮传动系统振动和噪声问题的主要来源。针对齿廓修形的直齿轮啮合刚度计算问题,从能量等效思想出发,结合悬臂梁模型,考虑接触对间的非线性接触,提出了一种改进的非线性接触齿廓修形直齿轮啮合刚度解析模型。首先,在已有文献的基础上,将轮齿简化为齿根圆上的悬臂梁,三维的齿轮副传动模型转换为二维的平面齿廓,进行了接触分析,考虑齿对间的非线性接触,通过能量法构建了齿廓修形直齿轮单齿啮合刚度半解析模型;然后,补充了变形协调与力平衡方程,导出了齿廓修形直齿轮副综合啮合刚度模型;最后,将采用该方法所得结果与有限元计算结果进行了对比,完成了对该计算方法的验证,并分析了不同摩擦系数与齿轮参数对齿轮啮合刚度的影响规律。研究结果表明:相较于传统的有限元计算结果,采用该解析模型得到的计算误差在3%以内,计算速度提高150倍,在精度损失较小的情况下,能够实现对非线性接触齿廓修形圆柱齿轮啮合刚度的快速求解。

基于时变摩擦主减速器动态特性研究

针对汽车主减速器在高速条件下破坏失效等问题,考虑主减速器动态效应和弹流润滑摩擦的基础上,引入时变摩擦概念,建立完善后的汽车主减速器动态特性模型,研究了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮动态特性变化规律。分析结果表明,弧齿锥齿轮输入转速变化对摩擦因数变化范围影响程度比准双曲面齿轮较大;弧齿锥齿轮输入扭矩变化对摩擦因数影响程度比准双曲面齿轮较大;弧齿锥齿轮动态摩擦因数对X方向上的啮合力变化趋势影响明显,准双曲面齿轮X方向上的变化相对Y、Z方向较为明显,但与常摩擦因数作用下的结果大致相同。

精密车削过程的切削力建模研究

精密车削加工过程中的切削力对刀具磨损和工件的加工质量有着重要的影响,是选取切削加工参数的重要参考因素。文中基于金属切削机理和材料本构关系建立了一种新的精密车削力解析预测模型。首先,分别建立了考虑刃口圆弧半径与变化的滑动摩擦因数影响的剪切力系数模型和犁耕力系数模型;然后提出一种考虑材料强化效应影响的剪切流动应力求解方法;最后通过车削实验验证所建模型的有效性。

考虑时变摩擦的直齿轮副啮合刚度计算及其影响因素分析

针对直齿轮副啮合过程存在时变摩擦问题,建立直齿轮副啮合模型,推导齿轮副在啮合点处的相对滑动速度、卷吸速度、滑滚比、综合曲率半径及轮齿接触压力,研究单双齿交替啮合过程中单齿承载变化下的齿面摩擦因数变化规律。基于势能法推导计及时变摩擦的直齿轮副啮合刚度解析式,分析无摩擦力、定摩擦力和时变摩擦力作用下直齿轮副啮合刚度的变化规律,进而研究时变摩擦作用下齿轮模数、齿宽、压力角、粗糙度、输入转矩等参数对直齿轮副时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,时变摩擦因数在单双齿交替啮合区发生突变,在节点处趋于0;摩擦力作用下单齿刚度在啮入阶段将增大,啮出阶段将减小;定摩擦力作用使啮合刚度在节点处发生突变;时变摩擦力作用使啮合刚度在单双齿交替啮合处发生突变,在节点处与无摩擦时变化规律一致;齿轮副啮合刚度随模数、齿宽增大而增大,随压力角增大而减小;啮合刚度变化量随齿面粗糙度增大而增大,随输入转矩增大而减小。

基于啮合特性的人字齿轮副动态效率计算分析

推导了人字齿轮接触线时变长度的计算公式,分析了人字齿轮副动态啮合过程,建立了人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的动力学模型。应用牛顿第二运动定律,建立了系统的振动微分方程,在基于弹流润滑摩擦计算的基础上计算了人字齿轮副动态啮合效率,分析了结构设计参数对效率的影响。

时变摩擦因数对齿面接触强度的影响研究

传统的齿面接触应力计算中并未充分考虑齿面间摩擦力的影响,然而研究表明:齿面摩擦力是影响齿面接触应力的重要因素。研究摩擦因数对齿面接触应力的影响对齿轮强度设计具有重要的意义。文中基于Hertz接触理论和第四强度理论,在齿面接触应力的计算中引入摩擦因数,对比分析了定摩擦因数、时变摩擦因数对法向载荷和齿面接触应力的影响,并通过算例和齿面接触疲劳试验进行验证。结果表明:相较于定摩擦因数,时变摩擦因数对齿面接触应力的影响更为显著;当缺乏润滑时,齿面接触应力的计算中不能忽略摩擦因数的作用,且主动轮齿面最大接触应力出现在单齿对接触的最低点。

考虑时变摩擦系数的微线段齿轮系统动态特性分析

结合微线段齿轮的啮合特性,将其啮合过程离散化,建立了微线段齿轮6自由度啮合耦合动力学模型,模型中考虑了时变摩擦系数、时变的基圆和压力角等非线性因素。采用数值积分法研究对比了渐开线齿轮和微线段齿轮在不同工况下的动力学响应,结合频谱图和分岔图分析了参数对微线段齿轮横向振动的影响以及摩擦系数对系统稳定性的影响,并通过试验对比微线段齿轮与渐开线齿轮在实际运转过程中的振动情况。结果表明,微线段齿轮相比渐开线齿轮振动更小,系统稳定性更好,在中高速重载下优势尤为明显。摩擦系数对于微线段齿轮的振幅影响较小,但是增大摩擦系数会使系统提前结束混沌响应。微线段齿轮箱在实际运转过程中的误差和振动更小,性能更好。

时变混合润滑下直齿轮热分析与试验

建立了直齿轮时变混合润滑数学模型,利用W-M数学函数构建啮合点二维表面粗糙度。提出了混合润滑下齿面瞬时摩擦因数的计算方法并研究了不同工况对齿面摩擦因数分布曲线的影响。建立单齿热分析模型,结合生热和散热分析,仿真得到齿面稳态温度场分布。结果表明:啮合面温度沿齿高方向呈双峰分布,沿齿厚方向呈椭圆分布。搭建温度场试验平台,对比试验数据与仿真结果,验证了仿真方法的可行性。