齿面摩擦和几何偏心对含变位直齿轮啮合刚度的影响研究

以含变位的渐开线直齿轮副为研究对象,基于能量法建立了包含非线性赫兹接触刚度、真实的齿廓型线和基体刚度耦合效应的齿轮啮合刚度计算模型。考虑齿轮变位的影响,修正了啮合刚度计算中齿廓型线、基圆半角和齿根圆半角的计算公式;修正了考虑齿面摩擦时的基体耦合刚度模型;推导了考虑几何偏心的齿轮啮合点压力角模型。研究了变位、齿面摩擦和几何偏心对啮合刚度的影响规律。结果表明,变位齿轮副的中心距、啮合刚度幅值、重合度都有着较大变化;由于变位,一对相互啮合的齿轮齿面摩擦力方向改变的时刻不再是发生在单齿啮合区间,进而影响齿轮啮合刚度特征;几何偏心会使啮合刚度峰-峰值增大,同时啮合刚度频域中出现以转频为间隔的边频,当主从动轮都存在偏心时会出现以转频之差为间隔的边频;综合考虑三种因素作用,可显著影响齿轮啮合刚度特性。研究结果为进一步研究变位齿轮动力学提供了参考。

船用斜齿轮时变接触线对齿面摩擦力及摩擦扭矩的影响研究

文章在计算斜齿轮时变接触线基础上,采用数值编程快速计算主动轮齿面摩擦力和齿面摩擦扭矩。通过分析齿面摩擦力和齿面摩擦扭矩的均方根以及波动率后可知,时变接触线的波动是影响齿面摩擦力以及齿面摩擦扭矩的主要因素。在文中选定的参数范围内,齿面摩擦力的波动和齿面摩擦扭矩的波动与时变接触线的波动变化规律基本一致,呈现出一种10°-20°和20°-30°的变化规律,为工程减振降噪提供了理论参考。

基于齿面摩擦的人字齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的16自由度人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立系统的振动微分方程。根据人字齿轮副的啮合特性,通过数值积分方法分析了轮齿的啮合力,时变摩擦力和摩擦力矩,并采用基于弹流润滑理论(EHL)的摩擦因数计算模型计算了齿面摩擦因数。为了分析齿面摩擦对人字齿轮副周期振动及分岔特性的影响规律,比较了有无考虑齿面摩擦时系统的周期振动时域响应、振动位移分岔图及最大lyapunov指数变化图。结果表明,齿面摩擦导致齿轮副垂直于啮合平面方向的振动位移加剧,且减弱了齿轮副沿啮合线方向的振动。同时,齿面摩擦的存在使得系统提前进入混沌,且抑制了系统的混沌运动。文章的研究成果有助于进一步认识齿面摩擦对人字齿轮传动周期振动及非线性振动特性的影响,为人字齿轮传动设计提供技术依据。

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。

齿面摩擦力对齿轮接触应力的影响

渐开线齿轮接触疲劳强度设计中忽略了齿面摩擦力的影响。对此 ,众多学者看法不一 ,有的认为齿面摩擦力影响甚微 ,可以忽略 ;而另一些人则指出其影响明显 ,不可不计。文中通过 6组滚子疲劳试验得出 ,齿面摩擦力的影响能否被忽略与齿轮的转速、功率、材质、齿数、模数及润滑剂的黏度等因素有关 ,而这些因素可用一个无量纲参数S来表示。S存在两个临界点S1 和S2 。当S <S1 时 ,齿面摩擦力可使齿面接触应力增大 10 %左右 ;当S >S2 时 ,摩擦力影响较小 ,可以忽略不计 ;当S1 <S <S2 时 ,其影响幅度随S的递增急剧减小 ,并在S =S2 附近达到最低。文末对上述试验结论的合理性进行了分析。

辐板刚度、阻尼及齿面摩擦对齿轮振动特性的影响

在考虑齿轮副时变啮合刚度、齿面摩擦、齿侧间隙及辐板刚度和阻尼的情况下,建立了齿轮传动系统的三维非线性动力学模型。根据啮合点位置推导出啮合刚度、齿面摩擦系数与时间的关系,并考虑了齿轮动载荷在各齿轮副之间的实际分配情况。针对强非线性变微分方程组求解困难的问题,提出了利用添加方程组维数的方法将变系数微分方程组转化成常微分方程组,并采用4～5阶自适应变步长的龙格库塔法求解微分方程组的数值解。系统地分析了辐板刚度、阻尼以及齿面摩擦对齿轮副和辐板振动性能的影响,为更深入研究齿轮的阻尼减振提供了理论基础和研究方向。

计及齿面摩擦的高功率密度齿轮传动效率分析

为考察齿面摩擦对高功率密度齿轮传动效率的影响,提出了一种基于虚拟样机方法的齿轮传动效率预测及动特性分析方法.考虑齿轮和转轴的柔性变形、齿轮时变啮合刚度,建立齿轮、转轴、轴承的柔性多体动力学模型,通过求解动力学方程得到齿轮传动系统的传动效率和动特性,并分析了齿面摩擦对直齿轮、斜齿轮、人字齿轮传动系统传动效率、动态特性的影响规律.结果表明:随着齿面摩擦系数的增加,接触应力增加,动态切向摩擦力变大;在高速工况下,人字齿轮接触应力最小,但传动效率高于斜、直齿轮.

齿面摩擦对齿轮系统谐波共振的影响

考虑齿面摩擦建立了齿轮动力学方程,采用多尺度法对动力学方程求解,分析了在轮齿齿面磨擦作用下,摩擦因数对主共振频率响应的影响,并在此基础上分析了静态载荷、动态载荷以及阻尼系数对主共振频率响应的影响。分析结果表明:齿面摩擦能有效地减小主共振频率幅值,在静态载荷较大的情况下对共振的频率有较大影响。在齿面摩擦的作用下,动态载荷以及阻尼系数引起的共振幅值明显降低,且对共振频率影响较小。

双渐开线齿轮齿面摩擦力对接触应力的影响

建立双渐开线齿轮有限元模型,分析齿面摩擦力对接触应力的影响,并与渐开线齿轮进行对比。结果表明:相同摩擦状态下,双渐开线齿轮与渐开线齿轮的最大等效接触应力的数值差别不大,但接触应力分布不同,渐开线齿轮节点附近接触应力比较高,双渐开线齿轮节点以下靠近齿根处接触应力比较高;齿面摩擦力对接触应力分布的影响不大,但对接触应力数值的影响很大,因此在进行接触应力分析时,必须考虑齿面摩擦力的影响;通过改变齿面间的润滑条件,减小齿面摩擦力,是提高齿轮抗点蚀能力和接触疲劳寿命的有效方法。

齿面摩擦对双圆弧齿轮动力学特性影响的研究与试验

由于双圆弧齿轮设计的特殊性,在以往研究双圆弧齿轮的动态特性时,经常忽略齿面摩擦对其传动的影响。通过参数化设计精确双圆弧齿轮模型,并以Adams软件为平台,结合多体动力学分析理论,在双圆弧齿轮传动动力学性能仿真过程中,通过设置齿面之间的不同摩擦因数,分析了齿面摩擦对双圆弧齿轮传动的动态性能影响,并通过双圆弧齿轮传动试验进一步验证了仿真结果,为研究双圆弧齿轮传动与齿面摩擦的相关性提供一定的参考。

齿面摩擦对两级五分支行星齿轮系统分岔特性的影响

为研究齿面摩擦对两级五分支行星齿轮传动系统分岔特性的影响,基于集中参数理论,综合考虑了齿面摩擦、时变啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立了系统非线性动力学模型。采用Runge-Kutta数值方法进行求解,分析了不同齿面摩擦因数情况下,转速和齿侧间隙对系统分岔特性的影响,并给出了分岔特性影响下的齿面摩擦因数在0和0.06时的相图和Poincaré截面图。结果表明:随着转速的增加,无齿面摩擦时系统的敏感振动区域较大,混沌现象表现明显,且随着齿面摩擦的增大,在一定程度上会增加系统的振动和噪音,但混沌现象受到抑制;随着齿侧间隙的增大,无齿面摩擦时系统的混沌现象表现明显,且随着齿面摩擦的增大,系统进入混沌的分岔点会提前,但齿面摩擦会消耗系统的能量,混沌区域逐渐减小。能够为齿轮减振降噪及动态结构稳定性优化设计提供理论依据。

齿面摩擦力对齿轮支座强迫振动的影响

分析了齿面摩擦力对齿轮支座反力的影响。表明齿面摩擦力是影响齿轮支座强迫振动不容忽视的一个因素。为了使摩擦力达到最小值 ,在设计齿轮时 ,应保证齿廓间具有良好的润滑。

齿轮传动过程中齿面摩擦力变化规律的理论分析

齿轮在传动过程中,由于齿面摩擦力的存在,轮齿的节线处将被碾出沟槽,本文从齿轮啮合过程的特点入手,结合齿轮上动点的运动速度,运用矢量变换,推导出传动过程中两齿轮相对速度的表达式,并根据摩擦力的概念,分析了齿面摩擦力在传动过程中的变换规律,进而从理论上解释了轮齿的节线处形成沟槽的原因。

齿面摩擦对多间隙弯扭耦合齿轮分岔特性的影响研究

为研究齿面摩擦影响下的齿轮分岔特性,基于集中参数理论,考虑了齿面摩擦、时变啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立了齿轮副6自由度的弯扭耦合振动模型;采用Runge-Kutta数值方法对模型进行求解,分析了随各种参数变化时,齿面摩擦对系统分岔特性的影响。结果表明,随着转速的增加,无齿面摩擦时混沌特性表现明显,且随着齿面摩擦的增大,系统混沌区域外部的分岔会带动混沌区域内部的分岔;随着齿侧间隙的增大,无齿面摩擦时系统振幅不断增大,且随着齿面摩擦的增大,混沌状态受到抑制;随齿面摩擦的增加,混沌区域的分块趋势和抑制效果随阻尼系数增大更加显著。

齿轮齿面摩擦测试方法研究进展

首先,分析了齿面摩擦和一般接触面摩擦的区别,并结合一般接触面摩擦的测试方法分析了齿面摩擦测试的技术难点及技术要求。其次,系统地介绍了现有的齿面摩擦测试方法,包括电阻应变片法、等效转矩法、等效重力摆法和光弹性法,并对每1种测试方法的原理、优缺点以及适用范围进行了较为详细的论述;从测试精度、测试范围和测试过程复杂度的角度对比了上述几种齿面摩擦测试方法,并指出了各种测试方法中尚未解决的问题。最后,对齿面摩擦测试研究提出了一些展望。

齿面摩擦对船用人字齿轮弯扭轴摆耦合非线性幅频特性的影响

为了更加精确地分析船用人字齿轮传动系统的非线性幅频特性,综合考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差、外载激励以及中间轴段与弹性支撑等因素,采用集中质量参数法,建立了24自由度船用人字齿轮传动系统的弯-扭-轴-摆耦合非线性动力学模型,推导了系统的非线性动态微分方程。模型中采用弹流润滑理论,计算了齿面摩擦因数、摩擦力及摩擦力矩;采用Runge-Kutta数值法对微分方程进行求解,获得了齿面摩擦影响下的无量纲频率系统相图及时间历程图,分析了齿面摩擦对系统非线性频响特性的影响。结果表明,齿面摩擦抑制了人字齿轮副沿啮合线方向的振动,但不改变齿轮的啮合状态;在频率0~0.89的低频段及频率1.42~2的高频段,齿面摩擦对振动幅值的阻尼作用不可忽略,在无量纲啮合频率0.95~1.23的非稳态共振区,齿面摩擦的阻尼作用并不明显。为船用人字齿轮减振降噪性能的研究提供了理论依据。

齿面摩擦对齿轮系统动态特性的影响分析

为了研究齿面摩擦对齿轮系统动态特性的影响,采用集中质量法建立了齿轮系统非线性动力学分析模型并同时考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和齿面摩擦等非线性因素。采用Runge-Kutta数值积分法求解系统的动力学模型,得到系统响应的分岔特性与参数平面的动态特性。结果表明,齿面摩擦在在一定情况下可以加剧系统能量耗散,使系统趋向于稳定的运动状态;在小阻尼的范围内,齿面摩擦加剧了齿背碰撞,导致系统的运动状态更复杂;阻尼和摩擦的耦合效应强于刚度和摩擦的耦合效应。

考虑误差和齿面摩擦随机性的直齿圆柱齿轮副振动特性分析

针对考虑误差和齿面摩擦参数随机性的齿轮振动特性不明确的问题,综合统计法和集中质量法,数值研究误差和齿面摩擦参数的随机特性,分析轮齿误差对齿面摩擦参数的影响,建立计及误差和齿面摩擦参数随机性的直齿轮传动弯扭耦合振动模型;采用4阶龙格库塔法进行数值求解,得到齿轮传动的振动响应,探析齿轮误差和齿面摩擦参数随机性对齿轮振动特性的影响。结果表明,考虑误差和齿面摩擦随机性后,在两者的作用下齿轮动力学响应在频域与相图上表现出更为复杂的随机性,其中误差随机性对于齿轮系统动力学稳定性的干扰更强。研究结果为齿轮传动的动态设计提供理论参考。

基于改进分形方法的齿面磨损故障直齿轮啮合特性分析

考虑实际的轮齿表面微观形貌,建立了轮齿间相互作用的三维分形接触模型。结合轮齿承载接触分析方法,考虑轮齿间摩擦力的影响,建立了直齿轮副的时变啮合刚度模型,并通过有限元方法进行了验证。结合Archard磨损模型,考虑齿面粗糙度和摩擦力的影响,分析了齿面磨损故障状态下直齿轮副的啮合特性和磨损深度,同时分析了摩擦力和分形参数对时变啮合刚度和磨损深度的影响。摩擦力导致节线处的时变啮合刚度发生突变。当直齿轮副处于双齿啮合时,摩擦因数的增加和分形维数的降低导致磨损深度的增加和时变啮合刚度的降低。时变啮合刚度随分形维数的变化呈线性变化。分形维数对时变啮合刚度和磨损深度的影响随着磨损周期的增加更为明显,超过了摩擦因数对其的影响。

基于齿面摩擦的直齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的直齿轮副6自由度弯曲-扭转耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立了系统的振动微分方程。依据接触线的位置,推导了齿面摩擦和摩擦力矩的数学表达形式。分析了齿面摩擦对系统周期振动状态、混动运动状态及分岔特性的影响。结果表明,齿面摩擦加剧了齿轮副的振动,且对垂直于啮合线方向的振动影响最为明显;齿面摩擦导致系统的混沌程度降低,且在一定情况下,系统的混沌吸引子可能转化为周期吸引子;齿面摩擦导致系统的分岔变得模糊,且导致系统提前进入混沌运动状态。