重合度对人字齿轮传动系统振动特性的影响分析

重合度是齿轮传动设计中一个重要的性能指标,直接影响人字齿轮承载能力和传动平稳性,在齿轮设计中必须满足重合度要求。首先说明了人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励,采用集中质量法建立了一对人字齿轮传动系统弯-扭-轴耦合模型。然后分析了重合度对时变啮合刚度和啮合冲击力的影响。最后研究了重合度对人字齿轮副动态啮合特性的影响。得出结论:重合度由2.72增至3.08时,时变啮合刚度峰峰值由4.653 3×10^(8) N/mm减至3.229 9×10^(8) N/mm,最大啮合冲击力由2.23×10^(3) N减至1.92×10^(3) N,齿轮副动态啮合力曲线变得平滑,动载系数也由1.23减至1.18,从而得出重合度增大,能达到系统减振降噪和传动平稳的作用。

二分支人字齿轮传动系统的固有频率参数灵敏度分析

针对某大功率舰船中常用的二分支人字齿轮传动系统,计算其固有频率的参数灵敏度数值,分析了啮合刚度、转动惯量、制造误差等结构参数的变化对传动系统固有频率的影响;建立分支传动的扭转动力学模型,利用有限元分析验证了分支传动的振动模态特性;采用模态法推导出多元激励下的参数灵敏度表达式,并将其应用于二分支人字齿轮传动系统的平稳性分析。基于理论计算的灵敏度数值和实际工作条件,对传动系统结构进行了优化设计。实例验证发现,由此获得的修改方案明显改善了轮系的抗振性能;该分析方法获得的关键参数对系统实现抗振降噪效果明显。该分析方法同样可用于其他类型分支传动的减振降噪设计。

滚动轴承支撑人字齿轮传动系统动力传递过程分析研究

为能更有效地分析滚动轴承支撑人字齿轮传动系统的振动传递特性,提出基于轮齿承载接触分析、同时考虑齿轮轴扭转变形及安装误差的人字齿轮左右轮齿啮合刚度计算方法,建立综合考虑时变啮合刚度、啮入冲击激励的人字齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。在提出的考虑轴承内部载荷分布的滚动轴承支撑系统载荷分配计算方法以及包含承载滚子、内外圈的滚动轴承动力学模型基础上,较完整地分析人字齿轮传动系统的齿对啮合振动经由齿轮轴分配到支撑滚动轴承,最后再由轴承内圈传递到外圈的传递过程。以某滚动轴承支撑人字齿轮传动系统为实例进行的仿真计算结果表明:该振动传递计算方法较科学合理地计算出人字齿轮系统的动载荷传递过程,更精确地得到箱体轴承孔内壁的振动载荷,为下一步有效地分析人字齿轮箱体振动特性提供了保障。同时滚动轴承在传递载荷的过程中起到类似浮筏隔振系统的隔振降噪作用。

考虑内部激励随机性的两级分流式人字齿轮传动动力学特性

根据某特种装备用两级分流式人字齿轮传动系统的构型特点,考虑轴承变形、啮合刚度、啮合误差和齿侧间隙等因素,建立了两级分流式人字齿轮传动系统的轴承-齿轮耦合非线性动力学模型。采用Runge-Kutta逐步积分法求解系统的非线性动力学微分方程,从而获得随机啮合刚度和啮合误差激励作用下两级分流式人字齿轮传动系统的动态啮合力和动态支承力及其频谱,采用Monte Carlo仿真获得动态啮合力和动态支承力的统计特征,研究了啮合刚度和啮合误差随机性对动态啮合力和动态支承力的影响规律,为两级分流式人字齿轮传动系统动力学优化以及动态可靠性优化奠定基础。

同轴六分支分扭人字齿轮传动系统的配齿条件研究

相比于传统齿轮传动,多分支分扭齿轮传动系统具有传递功率大、尺寸小、可靠性高等优点,故在船舶、航空等高速重载场合应用越来越多。由于多分支分扭齿轮传动系统属于过约束构型,为了实现各分支路的正确同步啮合,在设计过程中必须满足严格的配齿条件,这对保证其均布安装和运动同步具有重要意义。针对同轴六分支分扭人字齿轮传动系统,在考虑各支路运动同步和防止几何干涉基础上,建立了各支路正确啮合的配齿条件计算方法,给出了配齿计算方法流程并对某舰船动力传输系统进行了配齿的计算,获得了满足传动比要求、同心要求和同步啮合等条件的参数方案。通过三维造型验证了所提配齿计算方法的正确性,所提方法对其他同轴多分支齿轮传动的配齿设计具有普遍应用价值。

误差对同轴六分支分扭人字齿轮传动系统静均载性能影响

以同轴六分支分扭人字齿轮传动系统为研究对象,依据各齿轮受力状态建立该系统的静力平衡方程。考虑到制造误差和安装误差及输入输出轮浮动导致的错位,基于当量啮合误差理论,分析误差的存在性,最后根据系统功率闭环特征建立系统变形协调方程,形成了同轴六分支人字齿轮传动系统静均载分析方法,并结合实例求出系统各齿轮之间静均载系数及分支静均载系数。研究结果表明:在无误差或各齿轮误差均相同为常值时,第Ⅰ级各齿轮静态啮合力为1.773×105N,第Ⅱ级各齿轮静态啮合力为3.673×105N,系统具有很好静均载性能,系统分支静均载系数为1,该系统构成功率闭环误差可相互抵消;制造和安装误差幅值同时作用为50μm时,求得制造误差下分支静均载系数变化幅度比安装误差下分支静均载系数要大,可知制造误差对系统静均载性能影响程度要大;分扭和并车误差幅值同时作用为50μm时,并车级比分扭级静均载性能更容易受误差的影响,因此输出构件应该有浮动量。综上所述,随制造或安装误差增大或减少,都会对系统静均载性能造成不良的影响,其研究成果可为同轴减速器传动系统制造误差和安装误差精度确定,均载系数确定提供科学依据。

封闭式人字齿轮行星传动的自由振动特性分析

建立了封闭式人字齿轮行星传动系统的扭转-横向振动模型,模型考虑了两级传动之间的弹性耦合。总结出系统的五种固有振动模式:扭转振动模式、差动级横向振动模式、封闭级横向振动模式、差动级行星轮振动模式和封闭级行星轮振动模式。计算了考虑科氏惯性力和离心惯性力影响后系统的固有频率,分析了转速对系统固有频率的影响,发现差动级横向振动模式对应的固有频率随着系统输入转速的增加出现了分岔现象。

滑动轴承支承人字齿轮行星传动固有特性分析

考虑滑动轴承支承刚度不对称和耦合特性,建立计入内齿轮轴向振动的人字齿轮行星传动动力学模型。利用4个刚度系数描述行星轮滑动轴承支承油膜刚度。分析系统的自由振动特性,发现系统存在5种振动模式:中心轮扭转—轴向振动模式、内齿轮扭转—轴向振动模式、中心轮横向振动模式、内齿轮横向振动模式和行星轮振动模式。根据每种振动模式的振型特征,推导出5种模式固有特性的低阶计算公式。系统固有频率的分布范围比直齿、斜齿行星传动系统小。结果表明,油膜刚度不对称不会对振型特征产生影响,但是刚度耦合不对称时中心轮横向振动模式会发现显著变化:对应的二重固有频率变成两个不同的单重频率,振型呈现新特征。

人字齿轮齿条传动机构的建模与模态分析

人字齿轮齿条传动机构是齿轮传动系统中很重要的一种,其自身的良好结构决定了其具有传动准确、运动平稳、传递效率高的特点。在Pro/E软件中建立了人字齿轮与人字齿条的实体模型,装配该机构并进行运动仿真,观察了其运动性能;运用ANSYS Workbench软件将导入后的人字齿轮齿条传动机构进行动力学分析中的模态分析,分别进行了零约束条件下和约束条件下的模态分析,研究了该传动机构的振动特性。

含有点蚀故障的人字行星齿轮传动系统动态分析

为研究点蚀故障对双齿圈人字行星传动系统接触力特征和均载特性的影响规律,基于SolidWorks、KISSsoft以及ADAMS建立了太阳轮健康和存在不同形式点蚀故障时的系统虚拟样机模型。采用GSTIFF积分法动力学求解器对系统接触行为的数值解进行了求解,在此基础上研究了系统接触力时域和频域特征,根据得到的齿轮接触力对系统均载特性进行了分析。结果表明:系统无故障时,齿轮接触力较为平稳呈周期性变化,具有一定的时变特征;系统均载性能良好,基频与系统理论啮合频率一致,频域图中存在谐波频率,频率两侧有明显的边频带;存在点蚀故障时,接触力时域图中出现了周期性峰值,随着点蚀数量和点蚀深度的增加,接触力峰值和均载系数均增大,均载性能变差,基频和谐波频率两侧的边频带越来越密集;圆形点蚀对系统均载性能的影响比矩形点蚀大,点蚀数量的增加对系统均载性能的影响大于点蚀深度增大对系统均载性能的影响。结果为齿轮动力学和故障诊断研究提供了依据。

人字齿轮振动模型的解算方法

对人字齿轮传动装置振动模型的解算方法进行了分析讨论 .从中得出在齿轮传动系统振动模型中 ,从参数的确定到模型定量的求解 ,经常不得不采用有限元计算方法 .对于齿轮箱体的分析模型 ,只能采用有限元法建立 ,而对于齿轮的固有振动特性的确定更是离不开有限元方法 ,因此齿轮箱的振动特性的求解除了试验方法之外 ,有限元法应作为基本方法 .

考虑多轴柔性的人字行星齿轮传动系统动态特性研究

基于有限单元法,建立了一种全自由度人字行星齿轮传动系统动力学模型。模型将时变啮合刚度、综合啮合误差和啮合相位作为动态激励,分析了太阳轮轴柔性和行星轮轴柔性对人字行星齿轮传动系统中内外啮合动态啮合力和动态传递误差的影响。结果表明:轴的柔性变形对人字齿轮行星传动系统的动态特性具有显著影响,考虑轴柔性后,人字齿轮左右两侧斜齿的均载性能得到显著改善,且太阳轮轴柔性比行星轮轴柔性对均载性能的影响明显。

人字齿轮最佳齿向修形设计的Kriging响应面法

为了最大程度地降低人字齿轮时变啮合刚度引起的振动,改善齿面载荷分布不均,将人字齿轮两侧修形量单独考虑,提出一种以动载系数最小、结合Kriging响应面的人字齿轮最佳齿向修形设计方法。首先,根据两侧修形量与时变啮合刚度函数建立的BP神经预测网络来得到Kriging响应面所需的样本数据。然后,通过Kriging模型建立时变啮合刚度各参数响应面。其次,建立人字齿轮弯扭轴耦合动力学模型,并将Kriging预测的人字齿轮时变啮合刚度函数带入动力学微分方程中,求解动载系数并建立响应面,得到全局最优齿向修形参数。最后,通过算例证实人字齿两侧最佳鼓形量并不一致,能够较好地补偿人字齿轮实际传动中由于误差和变形导致的两侧不同的啮合歪斜度,所优化获得的修形人字齿轮动载系数相比未修形下的动载系数减少41.29%,且比常规修形方法(ISO)的减少了15.04%。