Time-Varying Mesh Stiffness Calculation and Dynamic Modeling of Spiral Bevel Gear with Spalling Defects

Time-varying mesh stiffness(TVMS)is a vital internal excitation source for the spiral bevel gear(SBG)transmission system.Spalling defect often causes decrease in gear mesh stiffness and changes the dynamic characteristics of the gear system,which further increases noise and vibration.This paper aims to calculate the TVMS and establish dynamic model of SBG with spalling defect.In this study,a novel analytical model based on slice method is proposed to calculate the TVMS of SBG considering spalling defect.Subsequently,the influence of spalling defect on the TVMS is studied through a numerical simulation,and the proposed analytical model is verified by a finite element model.Besides,an 8-degrees-of-freedom dynamic model is established for SBG transmission system.Incorporating the spalling defect into TVMS,the dynamic responses of spalled SBG are analyzed.The numerical results indicate that spalling defect would cause periodic impact in time domain.Finally,an experiment is designed to verify the proposed dynamic model.The experimental results show that the spalling defect makes the response characterized by periodic impact with the rotating frequency of spalled pinion.

含轮齿剥落的齿轮系统动力学故障模拟

利用计算机对齿轮传动系统进行动态仿真,建立了考虑轮齿啮合摩擦力的直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的动力学模型,根据不同接触位置上扭转啮合刚度的值,通过采用M atlab数值计算方法求解系统的时变非线性微分方程,模拟在扭转激励下,有剥落缺陷系统的动态响应,通过比较得到其与无缺陷系统响应的不同。仿真计算结果表明,该模拟方法能对齿轮传动系统的动力学性能做出较为全面的预测,为齿轮故障诊断提供参考。

含孔边套筒的厚截面复合材料接头耳片强度分析

为研究含孔边防护套筒的厚截面复合材料层合板耳片连接件孔边层间应力分布规律及接头强度,提出了采用层合板子层和界面胶层相结合的有限元建模方法,在验证了建模方法对厚截面层合板应力求解的有效性的基础上,分析了承受轴向载荷的厚层合板耳片连接件孔边三维应力分布及接头失效情况。结果表明:套筒胶层的破坏应力和破坏位置主要集中在孔轴非接触区;当套筒胶层发生断裂时,厚截面层合板并未发生失效,限制了厚板接头耳片整体强度性能的提高。

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。

摆线针轮啮合传动的等效接触扭转刚度计算

基于Hertz接触理论,建立了摆线针轮啮合传动单齿对法向接触刚度模型及等效接触扭转刚度模型。在此基础上,利用有限元方法计算了摆线针轮啮合传动中同时参与接触的针齿数,建立了摆线针轮啮合传动的等效接触扭转刚度模型,应用Matlab软件编制了等效接触扭转刚度计算程序。通过算例得出了3种修形组合下的等效接触扭转刚度变化曲线,讨论了3种修形组合下各曲线的变化特征以及等效接触扭转刚度曲线与摆线轮齿廓之间的关系。