齿廓修形在动力齿轮传动设计中的应用

对齿廓修形改善齿轮啮合状况机理进行了探讨,推荐了一组实用的齿廓修形的计算公式,和选择采用闪温法来进行轮齿胶合能力的评定。并通过对一实例的故障分析和解决,证明了齿廓修形可以显著降低啮合点温度,是解决轮齿表面失效的非常有效的措施。

普惠静洁动力齿轮传动式涡扇发动机入选航空业应对气候变化案例

2015年10月8日，普惠静洁动力齿轮传动式涡扇发动机被航空运输行动组织（ATAG）选为航空业应对气候变化案例，并在瑞士日内瓦举行的全球可持续航空峰会上发布。

含故障的直齿圆柱齿轮动力学建模、修正及试验验证

针对试验模拟直齿圆柱齿轮不同失效类型及不同失效程度高成本和难度大的问题。本文应用集中参数法建立直齿圆柱齿轮的弯-扭耦合振动分析模型,运用能量法计算时变啮合刚度,研究了裂纹、点蚀等不同失效形式对齿轮副时变啮合刚度的影响规律,随后通过系统模型修正方法,修正动力学模型中的系统参数,以建立与实际系统较吻合的动力学模型。通过修正后的直齿圆柱齿轮数值算例,揭示了不同失效类型及失效程度的时域、频域特征响应规律。对试验振动信号分析,验证了含故障的直齿圆柱齿轮动力学模型的准确性。结果表明,该模型可以准确识别直齿圆柱齿轮多种齿轮失效类型,为直齿圆柱齿轮系统的故障诊断数据库建立提供了数据支撑。

计入线外啮合的弧齿锥齿轮变速工况动力学分析

针对弧齿锥齿轮副的稳态和变速瞬态工况进行了研究。在稳态工况下,研究发现到齿轮副的振动位移、速度和动态啮合力表现出周期性波动的特征;在啮合周期的起始和结束位置,存在振动冲击现象;在时域分析中,动态啮合力的主要振幅在啮合频率(1916Hz)及其多个倍频处,最大振幅出现在5倍啮合频率处。在变速瞬态工况下,模拟了主动轮的匀速变速过程,观察了主动轮角速度随时间的变化。结果显示,变速瞬态引发更大振幅和动态啮合力波动。

不同工况下弹流润滑与齿轮动力学耦合研究

为探究线接触下齿轮传动系统与弹性流体动力润滑的耦合特性,研究采用广义有限元法建立两级齿轮传动系统,通过有限元法求啮合刚度,考虑齿轮润滑状态下的油膜刚度效应,综合叠加齿轮油膜刚度与啮合刚度,使用Newmark积分法对动力学方程进行求解,分析了耦合润滑后不同工况下齿轮啮合位置处的动力学特性和润滑特性。结果表明:齿轮综合刚度会随转速的增加而减小,随负载增加而增大;转速相比于负载对于油膜厚度影响较大,且考虑了轴的柔性后,传动系统在共振转速区内振幅变化显著,会对油膜厚度和系统振动产生一定影响,耦合油膜后在高速共振区内齿面动载荷变化明显。

采煤机截割部齿轮传动系统可靠性研究

针对采煤机截割负载易引起齿轮传动系统失效的问题,首先,充分考虑煤层中矸石参数的不确定性,建立末端负载不确定性模型,模拟截割负载;其次,基于集中质量法,构建负载影响下永磁电机驱动的采煤机截割部齿轮传动系统动力学模型,探究其在服役过程中的动态行为;最后,基于应力-强度干涉理论,建立系统模型,确定齿轮服役周期。研究结果表明:齿轮传动系统中主动齿轮可靠服役时间更短,相同条件下,按失效相关原则分析的可靠性则更加合理,该研究可以为采煤机截割部的进一步优化设计提供参考。

稳态工况下电机-齿轮系统机电耦合动态特性研究

针对由永磁同步电机和一级斜齿轮减速器组成的传动系统进行了研究。建立了永磁同步电机模型和一级斜齿轮动力学模型联合的机电耦合动力学模型。在施加恒定转速和恒定负载条件下,分析了机电耦合传动系统的电信号动态响应。通过研究,发现定子电流和电磁转矩含有反映齿轮啮合频率的信息,并且相比与电磁转矩,定子电流含有的传动系统频率信息更加丰富,这表明机械系统的频率会和电气系统中的定子电流和电磁转矩频率产生调制。证明电机的电气性能会受到机械系统特性的影响,研究结果为通过定子电流及其相关参数进行机电耦合系统的动态性能监测和故障诊断这一研究方法提供了参考,在此基础上,可以展开更深入的研究。

行星齿轮传动非线性动力学方程求解与动态特性分析

发展了单自由度解析谐波平衡法的应用。对行星齿轮传动系统的多自由度非线性动力学微分方程组，在考虑刚度波动的情况下，推导了行星齿轮系统微分方程组的解析谐波平衡法的计算公式，并采用Ｂｒｏｙｄｅｎ迭代方法求解非线性代数方程组。给出一个算例，用上述方法进行求解，得到了行星齿轮传动的非线性频响特性，与相应的线性系统进行了比较。并研究了时变啮合刚度、误差和齿侧间隙对系统非线性动力学行为的影响。

齿轮系统动力学误差激励合成方法研究

齿轮系统动力学计算中需要考虑多种因素,其中啮合刚度激励、误差激励等是齿轮系统的主要内部激励。误差激励是啮合轮齿之间的一种周期性位移激励,是产生齿轮振动的主要因素之一。对误差激励进行了分析和计算,在考虑重合度、齿轮误差及其随机变化的情况下,给出了行星齿轮传动系统中一对齿轮副短周期误差的合成原理以及详细求解过程。最后给出计算实例,其计算结果表明所提出方法是有效的。

行星齿轮传动非线性动力学模型与方程

建立了２Ｋ－Ｈ型行星齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学模型，模型中考虑了太阳轮的横向振动、齿轮啮合综合误差、齿轮副啮合间隙以及时变啮合刚度，获得了系统的运动微分方程。针对系统微分方程的半正定、变参数和非线性特点，采用以齿轮副相对啮合位移作为系统的广义坐标，将线性与非线性恢复力共存的方程组转换为统一形式的矩阵形式，并对方程进行量纲一化处理，方便地达到了将单自由度的非线性方程的解法推广到多自由度非线性微分方程组中。

考虑齿侧间隙影响的直齿面齿轮传动动力学分析

为研究齿侧间隙这类非线性因素对直齿面齿轮传动系统的动态特性影响,建立了直齿面齿轮传动系统的动力学模型,并用定步长四阶龙格-库塔数值积分方法对系统的动力学微分方程进行求解。分析工作获得了对应不同激励频率Ω的面齿轮传动系统的简谐振动响应、非简谐单周期响应、多周期次谐振动响应以及混沌响应,利用时间历程、相平面、Poincaré映射以及Fourier频谱对各类响应进行了比较和分析,发现随着激励频率的变化,系统经倍周期分岔进入混沌,说明直齿面齿轮传动因齿侧间隙的存在而呈现出丰富的强非线性动力学特征。

基于齿轮系统动力学的齿轮箱噪声源分析

对一台噪声较大的齿轮箱做了振动噪声试验,通过分析识别出噪声源为一对啮合的齿轮。针对该齿轮对建立了包括齿形误差、时变啮合刚度、啮合阻尼、支撑刚度和阻尼的齿轮系统啮合耦合动力学模型,重点分析了齿形误差对齿轮系统的动态特性影响,计量发现该对齿轮有较大齿形误差。对该齿轮对提高了加工的精度,降低了噪声。

多间隙高重合度齿轮传动系统动力学分岔与稳定性分析

建立了多间隙、时变啮合刚度的高重合度直齿圆柱齿轮传动系统的动力学模型,基于功能原理建立了模型的能量方程,采用有限元法计算了高重合度齿轮的啮合刚度,采用Runge-Kutta法获得了高重合度齿轮传动系统的动力学分岔和跳跃特性.结果表明:在间隙等因素影响下,高重合度齿轮传动系统具有丰富的分岔特性,随着转速的增大,出现了单周期、多周期和混沌等运动状态,系统通过激变途径在混沌运动和周期运动间跳跃;在混沌区域,系统有严重的跳跃现象;齿侧间隙对系统影响较大,较小间隙参数(<3.85×10-5m)下齿轮传动系统做周期运动,较大间隙参数下齿轮系统以混沌运动为主;小阻尼参数下,齿轮传动系统处于混沌和周期运动的激变区域,在较高阻尼参数下齿轮传动系统经多次倒分岔进入稳定的单周期运动;从动齿轮的支撑间隙对系统的运动状态影响较大,主动齿轮的支撑间隙则影响较小.

考虑齿面粗糙度影响的齿轮动力学研究

为了分析齿面粗糙度对齿轮系统动力学特性的影响,进一步平衡齿面精度与加工成本的关系,从齿面随机性粗糙度的角度对齿轮系统动态特性进行了研究。根据分形理论,建立了含有随机粗糙度的粗糙齿面数学模型;基于该粗糙齿面数学模型,进一步建立了齿面粗糙度误差影响下的静态误差模型。结合以上数学模型,在单自由度齿轮动力学模型中,通过数值仿真分析了磨齿加工情况下的齿面粗糙度对于齿轮动力学特性的影响,以及不同转速下齿面粗糙度对动态响应的影响。结果表明:齿面粗糙度对于齿轮动力学特性影响显著,随着转速增大,齿面粗糙度对于系统的动态性能影响呈现上升的趋势。

基于离散傅里叶变换与谐波平衡法的行星齿轮系统非线性动力学分析

研究了多间隙作用下行星齿轮系统的强非线性动力学行为。考虑齿轮啮合误差和时变啮合刚度,建立了2K-H型行星齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学模型。利用离散Fourier变换（DFT）及其逆变换（IDFT）处理方程中非线性恢复力与位移坐标之间的函数关系,发展了一种可以求解多阶谐波响应的数值谐波平衡法,并用Broyden方法求解其形成的代数平衡方程组。用该方法分析齿轮非线性动力学稳态解时,啮合刚度与激励可以是任意的周期函数形式,不仅可以包含多次谐波响应,而且还可以求解系统的次谐波响应。克服了传统的解析谐波平衡法基于描述函数进行而难以求解一般周期响应和次谐波响应的缺点。作为算例,用该方法分析了行星齿轮传动的非线性频响特性,并与相应的线性系统进行了比较。

刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析

基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了刚柔耦合齿轮三维接触动力学模型和动力学分析新方法。考虑轮齿与轮体间的相对柔性变形,啮合齿对间球-面三维动态接触和齿轮几何参数等因素,通过离散齿廓渐开线获得了齿面的离散接触面,从而建立了齿轮啮合传动动力学模型。通过数值求解与仿真分析,研究了单侧齿面接触、双侧齿面接触和刚柔耦合特性对齿轮啮合传动特性的影响规律,获得了啮合轮齿全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。研究表明:新方法和动力学模型更真实地模拟了齿轮啮合传动的齿轮柔性变形和接触冲击等振动响应特性。该方法和数值计算结果为齿轮啮合传动和齿轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据。

基于刚柔耦合动力学的齿轮动态传动误差研究

为分析齿轮系统传动误差,考虑直齿圆柱齿轮传动轴、支撑轴承弹性变形及啮合齿面间的摩擦等因素,采用集中参数法建立齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学分析模型。利用有限元法对传动轴进行柔性化,联合多体动力学对齿轮传动系统进行刚柔耦合动力学分析,得到了齿轮啮合特性和因传动轴扭转变形及弯曲变形所引起的齿轮传动系统误差值。与理论计算方法得到的由传动轴弹性变形所引起的传动系统误差值相比较误差较小,验证了该方法是可行的。同时得到传动轴在传动过程中的最大应力变化规律。

齿轮副非线性接触特性与动力学耦合分析方法

为了更深入地研究齿轮副非线性动力学现象的产生机理,提出了一种高效的齿轮副瞬态接触特性与动力学耦合分析方法。该方法考虑齿轮接触特性与系统振动之间的交互作用,将齿轮副动态承载接触分析(DLTCA)和系统动力学分析进行耦合,形成了系统“激励-响应-反馈”闭环动力学分析流程。研究发现,振动位移的反作用会改变齿面动态接触状态,影响动态啮合刚度和综合啮合误差等振动激励。在共振区附近,振动位移的增大可能会使齿面出现完全脱啮,产生响应幅值跳跃等非线性现象。增加啮合阻尼和螺旋角均会使系统非线性特性减弱直至消失。该方法可计入齿面误差、修形、齿侧间隙等多因素的影响,并通过试验进行了验证。结果表明,该方法能够更真实地模拟齿轮副动态啮合过程,可作为现有齿侧间隙非线性动力学的有效补充。

环模制粒机齿轮减速器动力学特性分析

环模制粒机的内部激励会引起整机振动,振动是导致环模与压辊使用寿命降低的主要原因。该研究针对环模制粒机振动大、关键部件使用寿命短等问题,以SZLH420型环模制粒机减速器为研究对象进行动力学分析与试验。首先基于累积势能法计算齿轮时变啮合刚度,建立斜齿轮传动动力学模型,采用解析法对传动系统进行模态分析和非线性动力学求解,求得最大振幅Y向(水平径向)为0.008 mm、Z向(轴向)为0.0042 mm、转角为0.00087°,并通过有限元仿真验证动力学模型和固有频率。最后进行主轴扭矩测试与斜齿轮振动加速度试验。结果表明,整机振动加速度频率与斜齿轮一致,故斜齿轮传动系统对整机振动具有重要影响,其主要振动频率在4.25、9.17、13.86、18.13、23.86、47.53 Hz附近;齿轮振动最大幅值Y向为0.006 mm、Z向为0.004 mm,与动态响应计算对应振幅最大差值不超0.002 mm,验证了理论计算的准确性。研究结果可为环模制粒机性能的提高提供理论与试验依据。

考虑摩擦力时的齿轮系统动力学分析

根据齿轮啮合原理和齿面方程, 从Lagrange方程出发, 并考虑到轮齿啮合摩擦力对系统的影响, 建立了直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的弯扭耦合动力学方程, 并用数值方法求解了系统的多自由度时变非线性微分方程, 求出了在扭转激励下, 系统的弯扭振动响应, 为系统的动态分析做了理论准备。