考虑啮合间隙的涡旋压缩机时变啮合刚度数值计算

刚度计算是动力学分析的基础,为了对涡旋压缩机进行系统动力学研究,计算其动、静涡旋齿的啮合刚度成为关键。将径向间隙引起的切向泄漏简化为气体在两平板间的流动,首先计算切向泄漏间隙的长度以及流经通道的气膜压力,然后由气膜压力求解切向泄漏气膜的承载力进而得出气膜刚度。应用有限元分析软件计算得出动、静涡旋齿在气体力作用下的变形量,根据弹性变形量求出动、静涡齿的刚度,得到涡旋压缩机运转过程中任意啮合点的时变啮合刚度随转角的变化情况。结果表明:涡旋齿的时变啮合刚度主要取决于切向泄漏气膜刚度,在一个压缩周期内,涡旋齿的时变啮合刚度随着主轴转角的增加而增大。

基于参数反求的齿轮裂纹时变啮合刚度计算方法

基于齿根应变测试技术和优化理论提出了齿轮时变啮合刚度反求计算方法,并将其应用于齿轮故障机理研究。构建了齿根动态应力与时变啮合刚度反问题模型,并搭建齿轮裂纹故障应变测试实验台来采集齿根应变;建立了相对应的有限元模型并将计算应变与测量应变代入反问题模型,从而实现齿轮啮合刚度的反向求解。计算结果表明,相比解析法和有限元法,所提方法显著提高了求解精度并且具备更高的可靠性。建立了齿根裂纹故障的齿轮系统动力学模型,通过对动力学响应进行时域及频域分析来揭示齿轮裂纹故障机理。

汽车驱动桥准双曲面齿轮时变啮合刚度计算

针对汽车准双曲面齿轮动力学系统建模中齿轮时变啮合刚度计算困难的问题,提出一种完整的基于有限元法计算准双曲面齿轮啮合刚度的计算方法。详细描述利用有限元方法计算齿轮啮合刚度理论模型,并利用此模型计算直齿渐开线齿轮啮合刚度,结果表明此方法计算结果与KUANG模型计算结果一致。利用MATALAB和CATIA建立了准双曲面齿轮三维几何模型,并在ABAQUS中建立此齿轮准静态啮合有限元模型。详细论述了由准双曲面齿轮啮合有限元分析结果后处理得到啮合刚度计算过程,并对不同载荷下齿轮啮合刚度的变化趋势进行讨论。结果表明,准双曲面齿轮啮合过程中啮合刚度随齿轮旋转位置和所加载力矩周期性变化,其变化周期等于齿轮啮合周期;当齿轮加载力增大齿轮啮合刚度平均值增大,同时啮合刚度的波动减小。

基于时变啮合刚度的多剥落齿轮振动响应分析

为了探究多剥落齿轮系统中振动响应的演变规律,融合时变啮合刚度构建了多剥落齿轮动力学模型。首先,融合修正的能量法和单/双齿对啮合角位移计算方法,建立多剥落齿轮啮合刚度模型;其次,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和初始压力角等因素,构建6自由度多剥落齿轮动力学模型,并从仿真、理论和实验维度开展模型有效性分析;最后,基于所构建的模型,研究齿根、节线和齿顶位置同时发生剥落时,剥落尺寸变化对啮合刚度影响,获得多剥落齿轮振动响应的演变过程。研究结果表明,所构建模型与理论及实验误差小于0.5%,并得到了齿根、节线和齿顶位置剥落的啮合刚度及振动响应的演变规律,随着剥落宽度的扩展,节线附近振动幅值增大显著;随着剥落深度的增加,齿顶位置受到的振动冲击更为强烈;而随着剥落长度的增加,剥落的波及范围扩大。所得结论为齿轮系统的健康监测和早期故障诊断提供了理论指导。

基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算

齿轮齿条传动是一种重要的机械传动方式,其内部时变啮合刚度是一种主要的激励源,对系统振动噪声水平有着重要影响。针对齿轮齿条时变啮合刚度高效、准确的解析计算问题,提出了一种基于势能原理的铰接支撑齿条与齿轮啮合刚度解析计算方法,计算获得了不同参数下的齿轮齿条时变啮合刚度,并利用有限元法验证了建立的解析计算模型的正确性。同时,利用建立的解析计算方法分析了垂向间隙、压力角、齿条长度等参数对齿轮齿条时变啮合刚度的影响规律。结果表明,建立的解析计算方法能够准确计算齿轮齿条时变啮合刚度,为齿轮齿条传动系统动态特性分析提供了理论支撑。

基于改进势能法的直齿轮时变啮合刚度计算方法研究

以势能法为基础,将轮齿全齿廓分为渐开线部分和过渡曲线部分,提出一种改进的直齿轮时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了齿根过渡曲线的参数方程,基于渐开线起始点半径、基圆半径和齿根圆半径的相对大小关系,建立了不同齿数情况下的轮齿模型,对渐开线齿廓部分的积分上限进行了修正,使得轮齿模型更为精确。对不同齿数情况下的轮齿时变啮合刚度进行计算,将改进前后方法的计算结果进行对比。结果表明,由于渐开线齿廓起始点半径和基圆半径不重合导致的计算误差会随着齿数的增加而增大;对于齿数相差较大的轮齿进行时变啮合刚度计算时,应根据齿数大小分情况进行啮合刚度计算;若用统一的轮齿模型进行计算,可能会带来较大的计算误差。参考有限元法计算结果,分析了误差产生的原因,验证了本文中所提方法的有效性。

直齿轮时变啮合刚度解析计算

为求解直齿轮时变啮合刚度,运用变增量无限逼近的思想计算齿轮啮合过程中各啮合点位置,将各啮合点位置映射到单个齿廓上;使用材料力学悬臂梁理论计算齿轮时变啮合刚度,并对比势能法及GB/T340-1997中计算所得刚度值。研究结果对准确计算齿轮时变啮合刚度具有重要意义。

时变啮合刚度算法修正与齿根裂纹动力学建模

当齿轮产生裂纹时,其啮合刚度变化引起的振动响应特征是实现裂纹故障诊断的重要依据。提出一种考虑齿根圆与基圆不重合时的啮合刚度修正方法,建立齿根裂纹动力学模型并进行其振动响应精确求解。分析齿根圆与齿基圆不重合时啮合刚度求解误差,建立考虑齿根圆修正的齿轮裂纹变截面悬臂梁模型,显著提高了采用势能法求解齿轮时变啮合刚度的求解精度;建立含齿根裂纹故障的齿轮传动系统多自由度动力学模型,利用Runge-Kutta法求解齿轮产生裂纹故障时的动力学响应,仿真结果表明当齿根出现裂纹时,其振动响应中会出现明显的冲击响应特征;测试含2 mm齿根裂纹故障试验台的振动信号,利用二代小波包分解进行信号处理,试验结果与数值分析结果相符,为齿轮传动裂纹故障诊断提供了理论基础。

服役过程中裂纹齿轮时变啮合刚度计算方法研究进展

围绕齿轮系统裂纹故障问题,讨论了裂纹扩展路径及裂纹故障中时变啮合刚度的求解方法,旨在为齿轮系统故障诊断提供帮助。

基于多项式的等高齿锥齿轮时变啮合刚度建模

针对某型雷达装置的等高齿锥齿轮在啮合时的时变啮合刚度,提出一种多项式函数展开的时变啮合刚度新模型。通过转速、负载扭矩、阻尼因子系数分析,构建了多项式函数展开的时变啮合刚度模型,建立了等高齿锥齿轮的非线性动力学方程。将本文建立的时变啮合刚度模型与传统的多阶简谐波叠加形式的时变啮合刚度模型以及综合刚度参考数据模型进行分析对比,发现在小阻尼、重载工况下这种多项式形式的时变啮合刚度模型能更贴近于时变啮合刚度的实际特性,该模型为齿轮传动的减振、降噪、平稳传动等方面的动力学研究打下基础。

裂纹故障对轮齿时变啮合刚度的影响分析

针对裂纹引起齿轮时变啮合刚度(TVMS)减小这一现象,研究了裂纹故障对TVMS的影响规律。首先,构建了完整的轮齿齿廓曲线,基于传统势能法分析了相邻齿耦合效应对TVMS的影响,对TVMS计算公式进行修正。其次,采用有限元法确定了裂纹萌生点所在位置,提出了一种沿深度拓展的裂纹曲线,分析了裂纹深度对TVMS和负载分担比的影响,研究了裂纹同时沿深度与长度方向拓展的中早期故障模型。最后,构建了不同故障齿轮副模型,采用有限元法对裂纹沿深度结果进行验证,结果表明势能法与有限元法相吻合。

考虑时变啮合刚度的多惯量伺服系统机械谐振分析及抑制方法研究

为了更深入的研究多惯量伺服系统振动的机理,考虑齿轮传动过程中时变啮合刚度对机械谐振的影响,在传统双惯量伺服系统模型基础上建立四惯量伺服系统模型;分析系统机械谐振产生机理,利用时变波形近似表示齿轮副啮合刚度值,对比有无齿轮时变啮合刚度的伺服系统模型机械谐振表现特征。采用模型预测控制方法对包含时变啮合刚度的四惯量伺服系统的机械谐振进行抑制控制;设计了基于状态空间表达式的模型预测控制器,通过仿真试验对比常规PID控制方法进行验证,结果表明利用模型预测控制方法能有效的抑制多惯量伺服系统的机械谐振。

考虑轮齿修形的变厚齿轮啮合刚度数值计算

针对有限元法求解变厚齿轮时变啮合刚度的求解效率低、计算结果易不收敛等问题,基于切片法建立了一种考虑齿向修形的变厚齿轮时变啮合刚度求解模型,在综合考虑齿轮基圆与齿根圆之间关系的基础上,对现有的Weber能量法进行改进,并采用该方法计算了变厚齿轮的时变啮合刚度。通过建立变厚齿轮有限元分析模型,对其进行加载接触分析,计算其啮合刚度,并与所提方法进行比较,结果表明,所提方法可以有效提高计算精度,提升计算效率。在此基础上,采用集中参数法分析了变厚齿轮不同啮合参数和修形参数对时变啮合刚度的影响规律,为变厚齿轮的结构优化设计和系统动力学分析奠定了基础。

基于几何学和势能法的直齿轮副时变啮合刚度精确建模及应用

时变啮合刚度(TVMS)是齿轮系统动力学研究中的重要参数变量之一,准确地模拟计算TVMS,对分析齿轮传动系统的振动、噪声等相关动力学性能响应指标至关重要。根据渐开线齿轮的啮合运动方程和几何位置关系,提出一种基于几何学和势能法作用的直齿轮副TVMS精确建模方法;实时、有效地分析标准渐开线齿廓的啮合极限边界条件,并结合势能法构建TVMS由物理模型向数学模型转变的计算分析模型;通过数值计算法精确地计算直齿轮副的TVMS,并进行了有限元验证及举例应用。研究表明,在满足齿轮设计承载容许范围内,应合理选取齿宽和轴径尺寸,且可通过两者进行TVMS的小幅度调整而实现刚度优化作用和提高转子系统抗挠度性能等,为后期进行齿轮系统动力学计算作基础性应用研究。

裂纹齿轮时变啮合刚度与传动系统振动机理

研究齿轮裂纹对时变啮合刚度和振动特性的影响机理。首先,将齿轮齿廓分为过渡曲线、渐开线非啮合区和渐开线啮合区3个部分建立精确的齿廓模型,再结合势能法改进时变啮合刚度计算方法。其次,建立齿轮裂纹分析模型,将裂纹扩展路径和有效厚度的限制线分别假设为直线和抛物线,根据几何法和裂纹终止点的位置,改进有效截面积和截面惯性矩的计算方法,求解不同裂纹状态下的时变啮合刚度曲线。最后,建立六自由度裂纹齿轮故障动力学模型,采用龙格-库塔法求解不同裂纹下齿轮传动系统的振动特性和幅频特性,通过小波变换对振动特征进行时频分析。同时,采用统计指标的方法,研究齿轮裂纹对传动系统振动响应的敏感度。研究结果表明:裂纹齿轮在啮合过程中会产生冲击特征,随着裂纹情况的加剧,冲击加剧;峭度对振动响应最为敏感。

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。

齿轮系统时变刚度和间隙非线性振动特性研究

以齿轮系统动力学和非线性动力学理论为基础 ,针对齿轮系统时变啮合刚度和齿侧间隙耦合作用的具体特点 ,建立了齿轮系统非线性模型 ,并用数值积分和数值仿真方法对其在某些参数域中进行了非线性振动研究。根据仿真结果得到一些有用的结论 。

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。

含摩擦力的行星齿轮传动系统非线性动力学模型

建立了一种考虑摩擦力、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合啮合误差的2K-H型行星齿轮平移-扭转耦合非线性动力学模型。分析计算了啮合齿对间的相对位移,根据啮合区啮合齿对数不断变化的特点,推导出不同啮合齿对间摩擦力力臂计算公式,考虑了双齿啮合区的齿面摩擦力对齿轮系统振动的影响,推导了系统多间隙,变参数和多自由度的动力学微分方程组。最后运用变步长Gill积分法求解系统多自由度间隙型非线性微分方程组,得到了考虑滑动摩擦力影响时系统的振动响应。

基于齿轮副整体误差的齿轮动力学模型及其动态特性

迄今提出的各种齿轮动力学模型,在处理齿轮误差的影响时,都回避因齿轮重合度大于1而分不清单双啮区的事实,由此得出的结果不能较全面反映实际情况。基于齿轮副整体误差概念,综合考虑齿轮啮合过程的时变啮合刚度、误差激励等非线性因素,建立一种新的考虑单、双啮过程的直齿轮动力学模型,能更精确地描述齿轮系统的动力学行为,解决现有模型存在的主要问题;应用变步长四阶Rounge-Kutta法获得新动力学模型的高精度数值解;定量研究不同工作条件下啮合刚度、加工误差对振动响应的影响,研究结果对于完整认识复杂的齿轮动态性能、进行动态优化设计具有重要的理论和实用价值。