考虑加工误差及柔性因素的RV减速器动态传动误差分析方法

针对摆线轮、针轮、曲柄轴等关键承载部件的装配误差、制造误差,以及各级齿轮接触弹性变形和支承弹性变形对RV减速器传动精度的影响,提出了基于Newmark-β法考虑加工和装配误差以及柔性因素的RV减速器动态传动误差分析方法。首先,对原始系统动力学模型的动态响应进行时频联合域分析,找出减速器各级振动信号成因,为后续引入装配及制造误差的横向分析提供基础;其次,结合光弹实验,采用有限差分法分析比较了减速器传动误差对各处装配及制造误差的影响灵敏度;然后,量化分析变载、变速和误差条件下各级传动接触及支承弹性变形对动态传动误差的贡献率;最后,结合灵敏度和误差贡献率进行横向比较,确定影响传动精度的主要因素。仿真结果表明:针齿半径误差对传动精度影响最大,其次是曲柄轴凸轮偏心误差,再次是摆线轮的曲柄轴孔偏心误差,最后是针齿壳中心圆半径误差;在变工况传动精度分析中,动态传动误差随负载的增加而增加,输出转速平稳性随负载和转速增加而降低;在柔性变形误差贡献率分析中,低速级齿轮的接触变形贡献率最大,为51%以上,支承变形贡献率次之,介于15%~30%之间。该研究结果可为RV减速器传动误差优化提供一定的参考。

负载条件下RV减速器动态传动误差分析与试验

目前RV减速器传动精度出厂标定值是在空载条件下检测的,难以反映扭矩加载条件下的真实精度性能,为有效揭示负载作用下RV减速器动态传动误差特性,考虑关键传动件几何形状与位置度多源误差因素影响,提出了两曲柄轴标准型RV减速器接触多体系统动力学理论模型。在建模中,针对RV减速器传动结构特点,首先完成整机动力学参数化建模架构设计,然后针对第一级渐开线齿轮传动、第二级摆线针轮传动以及多组转臂轴承和支承轴承部分,提出详细的动态接触分析方法;在此基础上,以RV20E减速器为对象,探讨扭矩负载作用下减速器动态传动误差特性。研究结果表明,随着负载扭矩的增大,减速器传动误差幅值不断增大,但幅值增长率逐渐减小;相比于空载情况,额定扭矩下的减速器传动误差计算增幅为73.1%,试验测试增幅为58.9%。

RV减速器柔性因素对动态传动误差影响分析

为研究RV减速器柔性因素对传动精度的影响,以BX40E减速器为研究对象,综合考虑支承弹性变形及齿轮接触弹性变形对系统动态传动精度的影响,建立多自由度RV减速器动力学模型,提取系统的动态响应;探究变载、变速条件下各级传动接触及支承变形对动态传动误差的贡献量,量化分析BX40E减速器传动误差对各柔性因素的灵敏度。结果表明:动态传动误差随负载增加而增加,输出转速平稳性随负载和转速增加而下降;二级传动的接触变形对减速器传动误差贡献最大,柔性支承贡献次之;传动误差对“摆线齿轮-曲拐”处及“行星架-曲柄轴”处支承刚度的敏感度高于其他支承处,对二级齿轮接触刚度的敏感度高于一级传动。

基于最小动态传动误差波动量的斜齿行星轮系齿轮修形研究

为抑制系统的振动和噪声,以动态传动误差波动量为指标,研究了斜齿行星轮系的齿轮修形策略。采用集中参数法建立了斜齿行星轮系的弯—扭—轴—摆耦合动力学模型,进而运用Runge-Katta法求解了各齿轮副的动态传动误差;借助Romax软件,数值仿真了轮系中各齿面的接触载荷;齿轮未修形时,轮系中各啮合副的动态传动误差波动量大、齿面载荷分布不均、存在明显的啮入啮出冲击;因此,针对该斜齿行星轮系制定了齿向鼓形、齿廓渐开线的修形策略;基于齿轮啮合原理,推导了修形函数在啮合线上的分量,并将其计入行星轮系的动力学模型,再通过数值计算,获得计入齿轮修形效应的各啮合副动态传动误差;运用响应面法拟合出齿轮修形量与啮合副动态传动误差波动量之间含交叉项的二次多项式函数,取其最小值对应的设计变量值为内、外啮合副独立修形时的最佳修形量;在此基础上,以内、外啮合副独立修形时的最佳修形量为设计变量均值,进一步拟合出斜齿行星轮系综合修形的响应面函数,并通过求解函数最小值获得轮系最佳修形量组合;最后,比较了修形前、后斜齿行星轮系的动态特性。结果表明:所提的修形方法能有效改善齿面受载状况,使各齿轮副的动态传动误差波动量降低到4μm以内。

风电行星轮系动态传动误差计算与分析

风电齿轮箱内的行星齿轮系在运行过程中产生的传动误差分析困难。为解决此问题,考虑行星齿轮系的实际工况,利用三维绘图软件建立多间隙的行星齿轮系非线性有限元模型。采用显式动力学求解方法,结合非线性动力学软件及齿轮啮合原理,讨论风电行星轮系在不同转速和负载时的动态传动误差曲线的变化规律。结果表明:时变啮合刚度和动态传动误差之间有一定的关联;行星轮系的动态传动误差与行星轮的动态传动误差存在差异。通过仿真证明了齿轮啮合刚度和传动误差对风电齿轮箱内的行星齿轮系运行过程有影响,实际应用中采用修边齿轮。

一种航空发动机高转速附件传动齿轮动态传动误差测试方法

针对航空发动机附件传动齿轮高温、高转速、重油雾的实际工况,基于磁栅传感器信号4倍细分辨向原理,设计开发了齿轮动态传动误差测试系统。该系统采用磁栅传感器同步测量主动轮和被动轮实时转角,通过NI高速采集卡、磁盘存储阵列和LabVIEW生产者/消费者模式实时采集、存储高速数据。最后,采用数字计数法计算得到齿轮动态传动误差曲线。该系统测量转速可达40 000 r/min,比其他同类测试系统的适用转速提高了1倍,为后续更高转速的附件传动齿轮振动机理分析和齿面的修形设计提供了数据支持。

基于动态传动误差的齿廓修形直齿轮动态特性分析

建立了含齿廓修形的单级直齿轮传动系统的非线性动态分析模型,该模型包含直齿轮的时变啮合刚度、轮齿侧隙、静态传动误差和陀螺力等因素,并基于非线性振动理论,利用动力学方程数值解析方法求解了直齿轮传动系统的动态传动误差,对比分析了有无齿廓修形对齿轮传动系统动态传动误差的影响。同时构建了动态传动误差测量系统,进行动态传动误差测试。通过将理论计算结果和试验分析结果对比,得到结论:对直齿轮进行合适的齿廓修形可以减小系统的动态传动误差,改善齿轮传动系统的动态性能。

基于动态传动误差的某发动机直齿和零度弧齿锥齿轮服役特性分析

基于测试方法,针对工程实际问题,对某型发动机含直齿锥齿轮副和零度弧齿锥齿轮副的二级圆柱齿轮-锥齿轮高速传动系统进行动态传动误差测量,并对测得的动态传动误差数据进行滤波、频谱分析,得到高速锥齿轮动态性能参数。分析表明:采用零度弧齿锥齿轮时,其低频段动态传递误差比采用直齿锥齿轮时降低很多;采用零度弧齿锥齿轮时,其高频段动态传动误差幅值要远大于采用直齿轮时的幅值,而高频段的幅值决定了传动系统动态特性优劣,进而说明采用零度弧齿锥齿轮时,系统的动态性能将劣于直齿锥齿轮。

考虑齿廓修形的行星齿轮传动系统动力学特性研究

基于对行星齿轮传动系统高传动效率和低噪音等要求,以行星齿轮传动系统为研究对象,采用集中参数法建立了考虑偏心误差和安装误差的斜齿行星齿轮传动系统的弯⁃扭⁃轴耦合动力学模型,利用四阶Runge⁃Kutta法求解动力学方程得到行星齿轮的动态啮合力、动态传动误差和动载系数等动态特性,并以此为评价指标展开行星齿轮的修形研究。建立了齿廓修形后的齿面方程和考虑齿面修形的动力学方程,研究不同修形量的行星齿轮传动系统动态特性变化。研究结果表明,随着修形量的增大,行星齿轮的动态啮合力、动态传动误差和动载系数都有不同程度的降低,降到最低值后又开始增大,最终确定齿轮的合理修形量。经过整机性能测试发现合理修形下的行星减速器振动噪声降低、传动性能提升,为行星齿轮传动系统的减振降噪、传动效率提升设计提供了理论支撑。

基于传动误差的齿轮系统时变频响函数辨识

针对齿轮系统传动过程中典型的时变特性,研究了一种齿轮时变系统的数据驱动建模方法。以负载扭矩引起的广义力为输入,以动态传动误差为输出,运用周期时变系统辨识理论,建立了齿轮系统时变频率响应函数的辨识方法。数值算例的结果表明,所辨识出的频率响应函数可以准确刻画齿轮系统的时变特性,与理论时变传递函数吻合较好。因此,所提出的方法具有较高的建模精度,为齿轮系统动态特性的分析奠定了基础。

齿面磨损故障对服役过程中螺旋锥齿轮传动误差的影响研究

针对螺旋锥齿轮服役过程中因齿面磨损导致的动态传动误差变化,考虑齿面磨损程度与载荷,基于有限元方法,研究单齿及全齿磨损故障下,载荷及磨损量对传动误差动态响应的影响规律。分析可知,齿面磨损将引起齿轮系统动态传动误差增大,在单齿磨损故障下磨损量与动态传动误差之间近似成正弦函数关系,载荷一定时,当磨损量足够大导致故障齿不参与啮合时,磨损量达到极值而不再增长;磨损量一定时,动态传动误差幅值的极值与载荷成指数函数关系。全齿磨损故障下,故障齿始终参与承载,磨损量与动态传动误差之间近似成线性函数关系。

多平行轴人字齿轮功率分流传动系统的内部激励动态分析

人字齿轮具有重合度高、承载能力大等优点,多用于重载、可靠性要求高的设备中。综合采用集中参数法、多体动力学法和有限元法等手段,建立了多平行轴式人字齿轮功率分流传动系统的时变非线性动力学模型,定量分析了内部激励下系统中所有人字齿轮的左右侧动态传动误差波动、齿轮动态啮合力、齿轮中心运动轨迹及轴承力等振动响应特性。结果表明:系统中人字齿轮左右半段存在偏载,是造成系统振动与噪声的根源所在。

齿轮-转轴-轴承传动振动特性仿真与实验研究

以某齿轮-转轴-轴承传动系统为对象,考虑齿轮啮合效应、转轴柔性、齿轮和转轴的陀螺效应及支撑轴承,建立了传动系统的有限元节点法动力学模型.通过求解振动控制方程对应的特征值方程得到系统的临界转速,运用数值方法仿真得到齿轮副的动态传动误差和振动加速度等振动响应,基于测试平台对相关振动响应进行实验测量和分析,验证理论分析结果的正确性.结果表明:当齿轮副含较明显的轴频误差激励时,动态传动误差低频特性较为突出,频谱分量主要以轴频响应为主;同时,在啮合频率附近有微弱的高频响应被激励出来,而支撑轴承处的振动位移和振动加速度频谱分量主要以啮合频率及其低倍频为主.理论模型用于分析动态传动误差和振动加速度的共振临界转速时具有较高的有效性,共振波峰出现的转速区域的理论结果与实验结果较为一致.