舰船用齿轮传动啮合刚度及动态性能研究

舰船用齿轮副由于具有特殊的性能要求 ,其结构上也与通用机械齿轮副有所不同。文章以齿轮接触线长度变化代替齿轮瞬时啮合刚度的变化 ,利用傅立叶级数的形式计算舰船用宽斜齿轮副的啮合刚度 ,并分析单自由度扭转振动系统在时变啮合刚度及齿轮副误差激励作用下系统的动态特性。

齿轮副动态啮合特性的接触有限元分析

齿轮副动态啮合特性对齿轮系统振动机理研究及动态设计都具有重要意义,而它又与齿轮副啮合位置变化、受载弹性变形及滑动摩擦等因素密切相关。首先建立了精确的啮合齿轮副有限元分析模型,并在此基础上提出了一种可综合考虑齿轮副连续弹性啮合过程中多种影响因素的接触有限元分析方法。然后,利用该方法分别研究了考虑滑动摩擦、齿廓修形及时变刚度等因素的齿轮副低速和高速工况下连续弹性啮合过程的动态啮合特性。研究表明:该分析方法不但可以有效研究由滑动摩擦引起的节点冲击激励,以及齿廓修形设计对齿轮副啮入、啮出冲击激励的影响,而且还能有效分析具有时变刚度激励的齿轮副参数振动响应特性,可为齿轮副动态啮合特性分析提供有效的分析工具。

制造误差影响齿轮副啮合的接触有限元分析方法

制造误差是影响齿轮副啮合的重要因素,研究其作用机理对齿轮的减振设计具有重要意义。首先基于几种典型制造误差的结构形式提出了一般的精确建模方法,以一对渐开线直齿轮为例,利用接触有限元分析方法对啮合过程进行仿真,发现理想齿轮副和含误差齿轮副啮合过程中的角速度、动态接触力特性表现出显著差异。然后进行单项误差影响齿轮振动的机理研究,分别以齿廓误差和齿距误差为对象,利用傅里叶变换量化分析了不同加工公差等级下的单项制造误差对齿轮副动态传递误差、角加速度特性的影响规律。研究表明:所提出的建模方法可以模拟任意形式的微小量级的制造误差,并体现在接触有限元分析中。不但能够用于精细化研究制造误差对齿轮副啮合过程的影响,还可以通过量化各项啮合特性分析单项误差影响齿轮振动的作用机理,并指导齿轮的减振设计和精度设计等。

内平动齿轮副啮合综合刚度与系统的分岔特性

用机构反转法将内平动齿轮副转化为定轴齿轮副,然后用有限元方法分析了该内啮合定轴齿轮副的啮合综合刚度,并使用FFT变换得到其频谱特性,进而得到了内平动齿轮副的啮合综合刚度的频谱特性,在此基础上,考虑了齿侧间隙的非线性因素,进一步得到存在多齿接触的时变啮合刚度下内平动齿轮副的运动微分方程。然后,用经典的显式四阶Rouge-Kutta法对系统的各个参数进行了数值计算,得到系统的参数分岔图,并分析了各参数对系统动力学行为的影响。为内平动齿轮副的设计参数选择提供理论依据。

内平动齿轮副多齿接触激励下的非线性振动周期解特性

用有限元方法分析了内平动齿轮副的啮合综合刚度,得到内平动齿轮副的啮合综合刚度存在多阶不可忽略的谐波成分的激励.考虑了这种多齿接触的时变啮合综合刚度和间隙非线性因素,推导出内平动齿轮副系统的运动微分方程.通过数值计算,模拟仿真系统在不同量纲一的激励频率及阻尼比情况下的相图和Poincare映射图.结果显示,系统的周期数和碰撞振动特性均随着激励频率和阻尼比产生复杂的变化.

柔性壳体对变速器齿轮副动态啮合特性的影响分析

齿轮副动态啮合特性不仅受齿轮系统本身的影响,还与壳体动态性能密切相关。对变速器壳体模态进行仿真分析和实验测试,采用模态频率误差评价和模态相关分析方法,验证分析了有限元分析模型的有效性。基于多体动力学理论,构建考虑壳体弹性振动特性影响的齿轮系统耦合振动分析模型,对比分析有无柔性壳体状态的齿轮副啮合错位量、接触斑点、传动误差及动态啮合力等动态啮合特性参数。通过接触斑点实验对比分析仿真计算的接触区域,结果表明壳体弹性变形对齿轮副啮合斑点有明显影响。采取提高变速器壳体刚度的技术措施对壳体进行结构优化,优化后的齿轮副动态啮合特性显著改善。

以振动最小为目标的汽车变速箱齿轮动态优化设计

提出将一对相互啮合的渐开线圆柱斜齿轮简化为双质块双弹簧振动模型的解题思路.根据这一振动模型,推导了齿轮副的平均单齿刚度、单对轮齿啮合综合刚度、有效质量、固有频率与临界转速等一系列计算公式.以振动最小为优化目标函数,对汽车变速箱的高速级斜齿轮传动进行动态优化设计,得到满足实际需要的最优化参数.

航空发动机齿轮副动态啮合过程与齿根裂纹扩展轨迹影响因素研究

为了研究航空发动机中附件齿轮箱中的一对齿轮副在动态啮合过程中的响应特性和齿根裂纹的扩展对齿轮系统的影响,利用有限元仿真分析法,基于显示动力学和线弹性断裂力学研究了该齿轮副动态啮合过程和齿根裂纹扩展轨迹影响因素。含有齿根裂纹的齿轮在啮合过程会产生额外的振动和噪声,会引起转速、啮合力、啮合频率、接触应力产生较大波动;齿根裂纹的扩展轨迹不同会导致齿轮系统两种典型的失效模式:轮缘断裂失效或齿断裂失效,发生轮缘断裂的可能性受到轮缘厚度与齿高比值和裂纹初始位置的影响,会随着该比值的减少和初始裂纹位置沿着齿根方向下移而增大,初始裂纹方向对裂纹扩展轨迹影响很小可以忽略。研究成果在工程中可以为齿轮结构的故障监测和结构设计提供参考。

考虑修形工况的直齿轮动态接触应力分析

为提升齿轮箱的使用寿命,以齿轮减速箱中一对齿轮副为研究对象,对轮齿修形并探究修形区域内轮齿修形对齿轮副动态啮合接触应力的影响。由标准渐开线方程以及应用walker修形法得出新的渐开线方程,根据两种渐开线方程基于APDL程序进行齿轮副的参数化建模,并根据接触原理对三种修形曲线的齿轮传动进行了动态啮合时的显式动力学仿真,依靠Hypermesh进行后处理分析以获得轮齿啮合时的接触应力值。结果表明:在一定工况下,对齿轮副进行修形可以改善轮齿进入啮合初始状态的接触应力,使得啮合更加平稳,最大接触应力最多可以减少35%,且双修形优于主动轮修行优于从动轮修形。本计算验证了特定工况下齿轮副中各齿轮修形对齿轮啮合的影响,对工程应用具有参考意义。

分度圆裂纹齿轮副动态特性及故障诊断

将有限元软件ANSYS建立的齿轮有限元模型和多体动力学软件SIMPACK建立的齿轮副啮合模型进行联合仿真,轮齿有限元模型计算其单齿刚度,生成齿轮副啮合综合刚度,并导入齿轮副SIMPACK模型;齿轮副啮合模型不采用Gear-pair力元,通过移动Marker、函数表达式以及输入函数等实现啮合作用;最终利用广义共振、共振解调技术进行故障诊断。仿真结果表明,ANSYS计算的啮合综合刚度与SIMPACK结果相差2.65%;啮合振动模型计算结果与Gear-pair力元结果误差控制在10%以内。可通过故障特征频率定位故障、采用幅值衡量严重程度,最终达到故障诊断的目的。

半球型锥齿轮建模与柔体动力学分析

为了探究半球型锥齿轮参数变化对其系统动态特性的影响,基于集中质量法建立了该半球型锥齿轮副的动力学模型;基于高质量的六面体网格模型,采用刚柔耦合柔体动力学仿真分析了半球型锥齿轮的动态传动性能;分析了半球型锥齿轮尺寸、轴交角等参数变化对系统运动状态的影响。仿真结果表明,系统在不同参数条件下会导致传动准确性、平稳性和强度有规律的变化且互为负相关;半球型锥齿轮在分度圆直径为65 mm、相交轴角度为120°时综合性能最优。柔体动力学仿真分析为研究半球型锥齿轮的设计、制造以及实现齿轮传动最优化,提供了重要的参考价值。

压力角对新型鼓型齿轮副啮合力学性能的影响

针对一种新型含过渡齿套的鼓型齿轮副结构,在三维建模软件中建立鼓型齿轮副模型,将网格划分后的模型导入有限元软件ANSYS中分析,考察鼓型齿轮副的啮合状态和力学特性,探讨压力角对鼓型齿轮副啮合力学性能的影响。结果表明:传统齿轮副结构中最大应力发生在内齿轴套上,最大等效应力为1115.30 MPa,新型齿轮副结构中最大应力发生在过渡齿套的内齿面上,最大等效应力为1097.00 MPa;与传统齿轮副结构相比,新型结构中外齿轴套和内齿轴套上的最大等效应力均有降低,内齿轴套上的最大等效应力降幅为63.59%。新型结构中,随压力角增加外齿轴套上的应力集中位置由齿根中心向两侧转移,外齿轴套与过渡齿套内齿的啮合区域相应增大,过渡齿套内齿上的应力降低;在给定压力角范围内,内齿轴套均能保持较小的等效应力和应变,这对制造成本高的轧辊端内齿轴套具有较好的保护作用。

基于ADAMS的采棉机变速箱动力学研究

目的:研究采棉打包一体机变速箱斜齿轮副在不同工况下啮合传动的动力学特性,为基于斜齿轮的采棉机变速箱研究,提供动力学仿真分析参考。方法:首先根据采棉机变速箱工况,选择输出扭矩最大的啮合齿轮副,建立其三维模型并正确装配,然后使用Adams进行齿轮啮合的动力学仿真分析,根据仿真结果绘制4种工况下总啮合力时间-应力对比曲线图。结果:在动力学仿真分析下,啮合齿轮副的输出转速、各个方向啮合分力与总啮合力与理论计算基本一致;输入转速越大,输出斜齿轮的总啮合力的周期性波动范围越大。结论:斜齿轮传动具有周期性啮入啮出的特性,斜齿轮副的刚度激励程度比直齿轮副更加平稳;在输入扭矩一致时,总啮合力的极差扩张幅度和输入转速增长幅度基本一致;采棉机变速箱应尽量避免齿轮的高转速传动,避免疲劳破坏的状况发生。

考虑偏转的斜齿轮啮合刚度及其振动分析

结合啮合接触线长度变化规律,根据斜齿轮啮合存在轴向偏转角时载荷沿轴向分布变化引起的啮合力矩的变化规律,推导了包含时变刚度和偏转刚度的斜齿轮啮合刚度解析表达式,并通过算例与现有实验数据对比验证。研究了不同齿宽和传递扭矩下,新啮合刚度模型的振动响应规律;进一步提出了考虑齿隙的斜齿轮啮合动力学方程,并研究了扭矩和齿隙大小的影响规律。结果显示,给出的斜齿轮啮合刚度解析公式能够较快速、准确地获取啮合刚度波动变化规律,能够很好地反映斜齿轮啮合振动;时变刚度和偏转刚度对斜齿轮传动系统的影响主要表现在具有工程意义的中低转速,随着齿宽增大其影响更明显,随着扭矩增大啮合刚度的时变引起的参数激振响应也随之增大;考虑齿隙的齿轮啮合振动,随着激励增大会经历稳定周期运动、概周期运动再回到稳定周期运动的过程。

一种考虑齿轮副连续啮合过程的接触有限元动力学分析方法

在系统分析齿轮副连续啮合过程不同典型啮合状态特点的基础上,提出了一种可以考虑齿轮副连续啮合过程中啮合齿对变化,受载弹性变形以及滑动摩擦等影响因素的接触有限元分析方法.利用该方法对三种考虑不同因素的齿轮副模型进行了对比分析,并得到了各种因素对齿轮副连续啮合过程动态传递误差及动态接触力特性的影响.研究表明:该方法可以真实模拟齿轮副连续啮合过程中单、双齿对啮合及其交替啮合状态的动力学特性,包括滑动摩擦引起的节点冲击,受载弹性变形引起的啮入、啮出冲击以及时变刚度等激励特性;并可以得到啮入、啮出冲击的大小及作用时间,以及滑动摩擦和齿廓修形对动态啮合特性的影响;动态啮合特性分析结果与齿轮副连续啮合状态的特征完全吻合.

立磨减速机弧齿锥齿轮副动态疲劳性能研究

建立磨减速机输入弧齿锥齿轮副的三维接触有限元模型,借助LS-DYNA软件对锥齿轮副柔性体动力学进行仿真分析,得到锥齿轮副的瞬态接触力,以此为疲劳寿命分析的载荷谱,结合静载作用下的应力结果和锥齿轮副材料S-N曲线,在FE-SAFE中采用最大主应力算法对锥齿轮副进行疲劳寿命分析,并研究了应力集中系数、载荷和残余应力对锥齿轮副疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,锥齿轮副寿命随应力集中系数和载荷的增加而减小,疲劳寿命对载荷较敏感;残余拉应力使锥齿轮副的疲劳寿命降低,而残余压应力使锥齿轮副的疲劳寿命提高。