Non-undercutting condition and parameter optimization for cycloid ball planetary transmission

The transmission performance of cycloid ball planetary transmission(CBPT) is affected by cycloid tooth undercutting directly, and the design of CBPT can be optimized by the non-undercutting condition. Firstly, the theoretical equation of cycloid tooth is given, and the curvature radius of cycloid tooth profile is derived. Secondly, according to the relationship between the curvature radius and the distribution circle of balls, the non-undercutting condition of cycloid tooth profile is established, and the non-undercutting critical condition is deduced. Finally, the validity of the non-undercutting critical condition is verified by simulation. The result shows that the non-undercutting critical condition can be used to optimize the design of CBPT.

齿面粗糙度对风电齿轮箱行星轮系动力学特性影响

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面动态承载接触状态与构件振动位移、粗糙齿面啮合误差以及摩擦力的关联关系,建立风电齿轮箱行星轮系动力学模型,分析粗糙齿面啮合误差与摩擦力对系统动态特性的影响。结果表明:随着粗糙度的增大,齿面载荷峰值与波动幅值增大,动态啮合刚度幅值出现明显波动,均载性能降低;增大粗糙度会降低行星轮系临界转速,在低转速区域内,其具有激励增振作用,而在临界转速区域附近,其具有阻尼减振作用;摩擦力主要影响行星轮系各构件振动位移,可改变动态啮合力在少齿啮合区的幅值。

大速比复合少齿差齿轮传动啮合特性分析

在分析大速比复合少齿差齿轮传动装置的传动原理和结构特点的基础上,从系统角度出发,考虑该传动装置的三级传动系统耦合变形、摆线轮、输出盘、行星架及各级箱体的具体结构,建立了大速比复合少齿差齿轮传动整机有限元啮合特性分析模型。对该传动装置中的摆线针齿啮合特性、各关键零部件受力和整机传动误差进行仿真分析,讨论了摆线针轮多齿啮合的动态过程。结果表明,减速器运转过程中,各零部件应力波动幅度较小,且均远低于其材料屈服极限;两片摆线轮总是一刚一柔同时承载,刚性区轮齿为主要承载区,柔性区轮齿受力较小,两片摆线轮啮合轮齿数量总和在9~11之间波动;传动误差曲线平稳,呈现周期性,无明显长波,整机传动误差峰峰值为46.719 5″。该研究结果为大速比复合少齿差传动装置的动态特性和啮合特性参数优化设计提供了理论依据。

直线共轭少齿差行星齿轮减速器振动特性研究

将直线共轭齿廓与少齿差行星齿轮传动相结合,以直线共轭少齿差行星齿轮减速器为研究对象,通过有限元模态分析获得了减速器的结构固有频率与振型,表明减速器具有良好的结构动态特性;通过振动特性仿真分析获得该减速器在典型工况下的振动规律,并进行振动测试实验,振动实验结果与仿真结果吻合。振动特性研究结果表明,输入转速对直线共轭少齿差行星齿轮减速器的振动幅值与频率有明显影响。

考虑传递路径效应的行星齿轮箱断齿故障仿真研究

断齿是行星齿轮箱常见的一种故障形式。当行星齿轮箱发生断齿故障时,传感器采集到的振动信号由于传递路径的影响会变得复杂,给故障诊断带来困难。为了研究行星齿轮箱发生断齿故障时传递路径对频谱结构的影响,在Adams仿真平台中分别建立行星齿轮箱无故障、太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障及齿圈断齿故障的刚柔耦合模型并进行仿真,提取分析了系统不同状态下箱体的振动仿真信号。结果表明,在时域波形中,路径的变化会对箱体固定位置测量点处的振动信号产生明显的调幅作用;在频谱图中,啮合频率的两侧也会产生由不同频率组合的边带成分。该研究可为后续行星齿轮箱的故障诊断提供依据和参考。

基于少齿差行星齿轮减速器的低冲次齿条抽油机设计

为解决低渗透油田开采时,常规游梁抽油机不易实现低冲次采油的问题,提出一种天车轮式齿条抽油机的方案设计,采取少齿差行星齿轮减速器提供大传动比,并与齿轮齿条传动相结合实现低冲次采油。传动比设计为188,在不改变泵径、冲程的基础上可使抽油机实现最低冲次1次/min。然后利用Matlab软件对比了常规游梁抽油机与天车轮式齿条抽油机的加速度曲线,并在不同的冲次和固定销轴回转半径下,分析了它们对抽油机运动特性的影响。结果表明:在冲次为1次/min时,所提天车轮式齿条抽油机悬点的最大加速度比常规游梁抽油机降低了32.5%,运动性能更好。同时,在其他条件不变的情况下,冲次越高,则所提抽油机悬点的最大速度和加速度会越大;固定销轴回转半径越大,所提抽油机的悬点位移、速度、加速度也均会增大。

基于动态性能分析的风电增速箱NW型行星齿轮综合修形方法

风电增速箱是风力发电系统的关键部件,其传动性能的优劣直接关系到风电系统能否可靠运行。NW型行星齿轮因其具有结构紧凑、承载能力及传递功率范围大等优点被应用于风电增速箱中,但NW型行星齿轮的齿面易发生载荷集中现象、传动误差较大,从而通常会使齿轮的使用寿命缩短并且使它们在风力发电机组中的广泛应用受到限制。齿轮修形常被用来改善齿轮传动性能,然而,传统修形技术尚无法有效地解决上述问题。为此,同时综合考虑了齿轮单位长度载荷以及传递误差对传动性能的影响,结合齿向修形和齿廓修形的优势,并基于接触斑点、啮合错位量等仿真分析结果,提出了一种兼顾降低传动误差与改善齿面集中载荷的齿轮综合修形方法。应用该方法对NW型行星齿轮内外啮合齿轮副分别进行修形,并对修形效果进行了仿真验证。分析结果表明,相比于未修形的状态,内外啮合齿轮副最大单位长度载荷分别降低了17.21%、24.16%;传动误差分别降低了22.64%、35.23%,可见综合修形同时改善了齿轮传动误差和齿面载荷分布,从而提高了风电增速箱中齿轮的传动性能和使用寿命,对风力发电的发展具有重要研究意义。

NN型少齿差传动的多目标优化

围绕能源与重型机械对传动装置高效率与高输出力矩的需求,对NN型少齿差传动以最高效率与最大输出力矩进行了多目标优化研究。首先,对一定齿数范围内不同齿数差、不同错齿数下所有齿数组合进行遍历,得出配齿表;随后,建立NN型少齿差传动的多目标优化模型,以齿数组合、标准压力角、啮合角、齿顶高系数以及变位系数为优化设计变量,考虑重合度、齿廓重叠干涉、齿顶厚度等约束条件,使用基于Pareto的多目标差分进化算法对优化模型进行求解,得出Pareto最优解集的分布。将本文得出的结果与机械设计手册中的结果进行对比,结果显示,本文结果优于机械设计手册中的结果,可为NN型少齿差传动的设计提供参考。

复合故障状态下行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性研究

目前,国内外学者对齿轮-转子耦合系统的动力学特性进行了研究,但是上述研究均没有考虑行星齿轮-转子复合故障状态。为此,以单级行星齿轮箱为例,通过构建含转子偏心和齿根裂纹故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型,对复合故障状态下的行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性进行了仿真分析和实验研究。首先,采用了集中参数法和Timoshenko梁理论,考虑了时变啮合刚度、支撑刚度、阻尼、陀螺效应、传动轴柔性等因素,建立了含转轴偏心-齿根裂纹复合故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型;然后,采用了时间历程、频谱、轴心轨迹及相轨迹等方法,并根据其数值分析了不同故障对系统动态特性的影响,研究了偏心状态下裂纹扩展对系统振动响应特性的影响;最后,采用不同裂纹故障测试实验,验证了模型的准确性。研究结果表明:转轴偏心对啮合振动的影响显著,在行星轮系故障特性的分析中不可忽视;偏心-裂纹耦合影响下,系统振动响应由不平衡振动、正常啮合振动、故障冲击振动多源耦合而成,频谱中出现了转频f_( r)、啮合谐波kf _(m)以及复杂边带成分kf _(m)±f _(r)、kf _(m)±f _(r)±nf _(sc),并且随着裂纹程度的加大,调制现象更加明显。该研究结果可以为行星齿轮-转子系统复合故障诊断提供一定的理论依据。

行星齿轮齿面强度优化

行星齿轮传动系统中多个行星齿轮功率分流,使得行星齿轮系统在大功率高转速工况下优势凸显。考虑实际工况下行星齿轮支承结构的弯曲和扭转变形对齿面载荷的影响,对行星齿轮支承结构进行建模,获得其弯曲和扭转变形参数,利用KISSsoft软件将获得的弯曲和扭转变形代入行星齿轮系统模型中,获得了最接近实际工况的行星齿轮系统模型。为了取得最佳齿面强度参数和最小传动误差,对行星齿轮进行螺旋线修形,修形后齿间油膜比厚增加明显,齿面载荷分布趋于均匀。在材料和加工条件确定的情况下,不仅能节约成本,还能优化齿面载荷分布,提高齿面强度,充分发挥行星齿轮传动的优势。

BDN型复合摆线传动机构设计与研究

针对RV、FC与摆线钢球等摆线类少齿差行星传动啮合特性与自身结构的不足之处,利用复合摆线少齿差行星齿轮副与钢球环槽机构,提出一种BDN型复合摆线传动机构。分析了该新型机构的传动原理与传动特性;提出了变曲率内齿齿廓少齿差行星齿轮副啮合力分析方法,该方法具有一定的通用性,解决了复合摆线少齿差行星齿轮副的啮合力求解问题;在此基础上,基于赫兹接触理论计算复合摆线少齿差行星齿轮副的接触应力,并分析齿形调节系数和偏心距对复合摆线少齿差行星齿轮副啮合力和接触应力的影响;利用ADAMS建立BDN型复合摆线传动机构的刚柔耦合模型,对BDN型复合摆线传动机构的传动误差和总回差进行仿真分析。结果表明,BDN型复合摆线传动机构的动态传动精度小于1′,总回差最大值为1.15′,满足精密传动需求。

两级星型齿轮传动系统低振动齿廓修形设计研究

针对两级星型齿轮传动系统,为降低系统振动、提升系统性能,开展齿廓修形方法和动力学建模研究。并基于此开展修形参数对系统动态啮合力齿频幅值的影响规律研究,确定齿廓修形参数设计范围。获得齿廓修形参数的非劣解集合,以内外齿轮副啮合频率对应的幅值最小为目标,确定系统齿廓修形参数。开展未修形与修形齿轮系统的动态响应分析,验证了系统齿廓修形设计方法的可行性。结果表明,合理的修形参数可以有效地减小系统的振动。

大兆瓦风力发电机组三级NGW主齿箱传动比的分配研究

主齿轮箱作为风力发电机组的核心零部件,其稳定可靠性直接决定风力发电机组的正常运行,其在机组中成本占比高也作为机组降成本的首选目标,主齿箱的各级传动比分配既决定了各级齿轮承载能力,也对齿轮箱的整体重量起着决定作用,本文主要以齿面接触疲劳强度为准则,综合考虑不均载系数、行星轮个数等因素,以质量之和、外径之和为优化目标介绍三级典型的NGW传动结构的齿数比分配原则与优化方法,具有很强的工程实用与经济意义。

空间凸轮活齿行星传动

提出了一种以端齿-输出架-钢球-输入凸轮组成空间啮合副的新型活齿传动,该传动具有啮合间隙可调、同时啮合齿数多、可实现精密传动等特点。根据单参数曲面族包络的理论和定传动比条件建立了啮合零件理论齿廓方程。讨论了刀具半径对啮合齿形的影响。着重研究了啮合零件修正齿形和刀具中心轨迹的求解方法,并给出了实例。

新型少齿差行星齿轮装置振动特性分析与实验研究

对某少齿差行星齿轮装置进行结构改进设计,运用动力接触有限元法求得包括啮合刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的轮齿啮合内部动态激励。通过建立有限元模态动力分析模型,计算齿轮装置固有频率及振型,综合考虑内外部激励情况下,研究该齿轮装置的结构动态响应及噪声。利用振动测试设备对该齿轮装置进行振动噪声测试。结果表明:分析预测值与实验结果相符。

少齿差行星减速器振动特性仿真与实验研究

对某少齿差行星减速器建立耦合多体动力学虚拟样机模型,利用动态关联法对虚拟样机模型进行验证其准确性;分析减速器在多种工况下等效应力及振动响应,测试减速器振动特性。结果表明,转速提高对减速器等效应力影响不大,但偏心轴的偏心运动越明显,加大对轮齿啮合冲击,使减速器振动加剧、冲击幅值增大。仿真分析结果与实验结果基本吻合。

线面共轭啮合原理及齿面构建方法

定义曲线与曲面共轭啮合的概念,即给定运动的两构件上的一条光滑曲线和一个光滑曲面始终保持连续相切接触,并给出由共轭啮合副齿面形成曲线与曲面共轭啮合的一般方法,在共轭啮合副的一个齿面上构建啮合管齿面与另一齿面相啮和;提出以适当半径的球体沿啮合曲线的指定等距线包络出管状曲面的齿面构建新方法,推导啮合管齿面方程、接触曲线方程等,给出啮合曲线选取的条件以及啮合管齿面半径的选取范围,从而建立以啮合曲线为脊线构建管状共轭齿面的理论;以摆线针轮行星传动为例,构建针齿螺旋管齿面,讨论线面共轭摆线针轮行星传动的特性;分析表明,线面共轭具有点接触特性,通过构建合适的线面共轭啮合副,可获得近似纯滚动啮合,齿面滑动率小,传动效率高。

NN型少齿差行星齿轮传动啮合冲击分析及修形设计

针对少齿差行星齿轮传动时的多齿啮合效应,采用有限元法建立了渐开线少齿差多齿啮合模型,分析了动态轮齿的接触特性分析,得到了完整啮合周期内齿面接触应力、齿面印痕、齿面滑动位移等啮合特性参数,分析了啮入、啮出冲击对齿顶刮行的影响。采用长修形法对少齿差行星传动的齿轮进行齿廓修形,使轮齿啮合状况得到了改善,明显减小了啮合冲击对齿顶刮行的影响,研究结果对指导少齿差行星齿轮传动设计具有重要意义。

任意齿差纯滚动活齿传动齿形设计方法及啮合特性研究

由于高次多项式类曲线具有无刚、柔性冲击的特点,为实现任意齿差纯滚动活齿传动,提出基于五次多项式类曲线的新齿形设计方法。基于转速变换和包络原理,推导出中心轮齿廓方程,制定中心轮避免齿形干涉的设计条件,分析中心轮齿形曲率半径变化规律,阐释活齿轴半径对中心轮齿形的影响;根据活齿传动啮合原理,以压力角表达式表征啮合特性,并对影响最小压力角及传力齿廓区间大小的表征参数进行分析,为任意齿差纯滚动活齿传动结构几何参数的选择提供了设计依据。给出设计实例,验证理论分析结果的有效性,仿真结果表明,高次多项式类任意齿差纯滚动活齿传动受力效果好,传动平稳,设计方法简单,易于形成模块化与系列化设计,具有广阔的应用前景。

偏心轮推杆行星传动的传动原理研究

提出并分析了偏心轮推杆行星传动的传动原理 ,建立了理论齿廓和实际齿廓方程 ;证明了定传动比 ,采用不同的安装方式 ,可得到