Excitation Prediction by Dynamic Transmission Error under Sliding Friction in Helical Gear System

Monte Carlo method was adopted to calculate the meshing error considering the manufacture error and assembly error of the meshing point along the time-varying contact line for helical gear pair. The flexural-torsion-axis dynamic model coupled was established under the tooth friction force and solved by the perturbation method to compute real dynamic tooth load. The change laws of the friction force and friction torque were obtained in a meshing period. The transmission error formulation was analyzed to introduce meshing excitations. The maximum dynamic transmission error, the maximum meshing force and the maximum dynamic factor were calculated under different speeds, external loads and damping factors. The conclusions can provide theoretical basis for the gear design especially in tooth profile correction.

联合驱动斜齿轮传动系统模式切换过程的动态特性分析

齿轮传动系统作为舰船推进装置的重要组成部分,其在舰船运行模式切换过程中能否保持良好的动态特性对舰船结构安全性及机动性有着重要的影响。本文以某舰船中柴燃联合驱动斜齿轮传动系统为研究对象,建立系统纯扭动力学模型,采用MASTA软件验证该模型的正确性,基于该模型对燃气轮机单机驱动向柴燃联合驱动模式切换时的动力学特性进行分析,寻找模式切换的最佳转速和输入扭矩,探究啮合刚度和双联轴扭转刚度对模式切换过程动态特性的影响。计算结果表明,模式切换时齿轮1的最佳转速为2250 r/min,齿轮7的最佳输入扭矩为3100 Nm;啮合刚度的增大范围在基础值的1~1.2倍时,可以减弱不同切换阶段各齿轮副的振动程度;只要保证双联轴的扭转刚度超过0.8倍的基础值,系统中各齿轮副的振动程度将不再发生明显变化。

齿侧间隙非线性函数拟合阶次的选取研究

针对齿侧间隙非线性函数拟合阶次的选取问题,以斜齿轮传动系统为例,对齿轮系统进行了理论建模、仿真分析,并对实际齿轮系统进行了实验研究。首先,采用集中质量法建立了考虑轴向振动的齿轮非线性系统模型,并对数学模型进行了无量纲化,对齿侧间隙函数分别进行了无拟合、4阶拟合和8阶拟合处理;然后,采用Runge-Kutta数值积分法进行了数值仿真分析,得到了齿轮系统x、y、z三个方向的幅值-频率比响应曲线图,研究了拟合阶次对系统x、y、z三个方向动态特性的影响;最后,进行了齿轮系统动态测试,得到了齿轮系统x、y、z三个方向的振动响应图,根据仿真与实验结果得出了结论。研究结果表明:不同处理方式下的齿轮系统振动响应在z向的差异较大,拟合阶次的选取应重点考虑z向;在x、y方向,齿侧间隙非线性4阶拟合函数会提前改变齿面接触状态且共振振幅分别增大1倍和1/3倍;对于多间隙的齿轮非线性系统,对齿侧间隙进行无拟合处理,可能导致计算困难和结果不准确;在固有频率附近,对齿侧间隙进行4阶拟合处理能够最大程度弥补其他非线性因素带来的影响;在其他频率范围,对齿侧间隙进行8阶拟合处理会更接近真实齿轮系统。齿侧间隙非线性函数的拟合处理在提高了计算效率的同时,也提高了模型的准确性。

支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响研究

支承刚度对自动变速器齿轮副的啮合质量有着重要影响,研究支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响具有重要意义。以某七挡双离合自动变速器的一挡斜齿轮副为研究对象,建立了2种不同支承刚度的齿轴系统刚柔耦合模型,分析了不同工况下支承刚度对斜齿轮副啮合特性的影响规律;通过FCL-250H齿轮精测试验台得到有/无磷酸锰转化涂层齿轮的齿形齿向参数,并将其代入有限元模型进行仿真分析;进行齿轮接触疲劳点蚀实验,对比齿面涂层处理前后齿轮的接触疲劳寿命,并从齿轮表面形貌、动力性能及跑合性能等角度进一步揭示了涂层的强化机理。研究结果表明:齿轴跨度增大,支承刚度减小,则齿轮单位长度所受最大载荷和啮合错位量对输入扭矩的变化更为敏感;有涂层齿轮跑合后更有利于啮合,其疲劳寿命得到提高。研究结果为汽车自动变速器齿轮传动系统的结构优化和齿轮疲劳寿命的提高提供了参考。

一种减速器齿轮传动控制方案优化方法

为解决齿轮传动系统运行时会产生非线性混沌振动的问题,该文针对螺旋锥型二级齿轮传动系统采用主动阻尼的闭环控制策略,提出了一套基于RBF神经网络的混沌控制方案。设计并构建了基于螺旋锥型齿轮的二级传动系统动力模型,利用该模型和控制方案精确调控并抑制系统的非线性混沌振动。实验表明,在该控制方案下,齿轮传动系统非线性振动相比同类控制技术降低了73%,并能快速响应抑制并趋于稳定,具有较强的稳定性和鲁棒性。

斜齿圆柱齿轮系统非线性动力学特性

以单级斜齿圆柱齿轮传动系统为研究对象,考虑影响其动力学特性的非线性因素,建立六自由度弯-扭-轴耦合非线性动力学模型,对模型进行无量纲化处理。基于变步长Runge-Kutta法,结合计算机仿真软件,对系统的动力学方程进行数值求解。通过改变影响系统非线性动态响应的参数条件,分别对系统进行数值解析,根据系统的分岔图、最大Lyapunov指数图对系统定性分析其非线性动态响应,不同参数下的相图和Poincaré截面图能够进一步的表明系统的运动状态以及变化过程。通过分析阻尼比和刚度幅值对系统运动状态的影响,结果表明该参数的改变影响了系统的分岔与混沌特性,使得系统的运动形式呈现多样化,运动状态变化丰富。

齿廓方向修形的斜齿面齿轮啮合特性研究

主要研究了修形面齿轮副传动的啮合特性。提出了一种沿齿廓方向抛物线修形的面齿轮齿面结构,对传统斜齿面齿轮和修形的斜齿面齿轮副的啮合进行了比较。计算机仿真表明,修形的斜齿面齿轮传动啮合性能明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,有效避免了边缘接触;啮合区域对安装误差较为敏感,特别是轴夹角误差的大小,对啮合印痕在齿面上分布的影响尤其明显,容易导致接触区域向面齿轮的大端和小端偏移。

斜齿面齿轮齿宽的设计

研究了斜齿面齿轮小端不根切和大端不变尖的问题.给出了任意轴交角条件下小端不产生根切的内半径和大端不变尖的外半径的表达式.提出了在产形齿轮上求解关键点的方法.定义了内半径系数,外半径系数和齿宽系数三个无量纲量,分析表明产形轮齿面螺旋角和小齿轮齿数的大小决定了三个系数的变化趋势.

斜齿面齿轮几何传动误差的设计

主要对沿齿高方向修形的斜齿面齿轮副几何传动误差进行了设计.为了避免边缘接触,提高面齿轮传动的连续性和稳定性,采用了一种沿齿高方向曲线修形的面齿轮副齿面结构,对仅有小轮齿面修形的面齿轮副和大、小轮齿面均修形的面齿轮副的几何传动误差进行了设计比较.结果表明,仅小轮沿齿高方向曲线修形的斜齿面齿轮副传动误差为非对称的抛物线,装配误差影响传动误差幅值;沿齿高方向两轮均修形的面齿轮副,恰当的设计齿条刀具抛物线修形因数a1,as和抛物线顶点的位置参数u0,不论是否对准安装,几何传动误差均为连续的对称抛物线型.

国产轿车变速器啸叫噪声源的识别与控制

对一款国产轿车变速器存在的啸叫问题进行了研究。首先进行了车内噪声实验和NVH半消声室台架实验,利用阶次分析找到了主要的阶次,然后利用声贡献量分析最终确定了啸叫特征阶次。计算发现该问题较为特殊,由于设计不当出现了不同传动部件阶次一致的情况。针对阶次一致的传动部件,通过接触斑点分析,最终确定了啸叫的噪声源。最后以实际接触斑点的位置和形状为依据,对齿轮进行了齿向修形设计,啸叫声降低约5dB(A)。

斜齿圆柱齿轮传动系统的耦合振动分析

建立了斜齿轮传动系统 (斜齿轮、轴与轴承 )的弯曲—扭转—轴向—扭摆耦合振动的动力学模型 ,推导了其振动微分方程 ,计算了风力发电机组增速箱FH6 6 0的传动系统的振动响应 ,并进行了三维有限元模态分析。对斜齿轮传动系统进行了很好的数值模拟 ,为斜齿轮传动系统的动态设计提供了有效的方法。

一种确定斜齿轮传递误差和啮合刚度的快速有效方法

基于Smith切片法理论,提出了一种快速计算斜齿轮副传递误差和啮合刚度的改进方法。该模型将斜齿轮沿齿宽方向划分为一系列相互独立的薄直齿轮,考虑单个切片的弯曲-剪切变形、局部接触变形及轮体结构变形,通过各切片间的变形协调关系建立斜齿轮非线性承载接触模型,进而得到齿面载荷分布、传递误差和啮合刚度等信息。该方法较Smith切片法增加了时变单齿刚度、接触变形非线性效应以及轮体结构参数的影响,提高了模型的计算精度和适用性。该模型的计算精度与有限元方法相当,但具有更高的计算效率,更适合于齿轮传动系统振动和噪声的快速预测。

人字齿轮齿廓修形优化设计与试验研究

文章从减振降噪和提高工效出发,小轮齿廓采用三段修形。通过改变齿条刀切削刃的形状,以三段抛物线代替齿条刀的直线齿廓,推导出了齿条刀的齿面方程,并给出了轮齿端面齿廓修形量的计算方法。以承载传动误差最小为目标函数,采用复形调优法进行优化,可以获得最佳修形参数。以一对试验人字齿轮为例,通过对修形前后承载传动误差、啮合振动和噪音的比较,验证了该修形优化方法的可行性。

多级齿轮传动系统传动误差快速预测

针对设计阶段多级齿轮传动系统传动误差快速预测问题,利用切片法快速预测了单级传动误差,再依据多级传动误差计算公式,预测了多级传动的传动误差。并以一台两级升速箱为研究对象,利用编制的传动误差预测程序计算了升速箱整体传动误差,同时通过一套高精度的传动误差测量设备测量了该升速箱的传动误差,对比发现测量数据和预测数据趋势一致,预测数据规律性的大于测量数据。为多级齿轮传动产品设计阶段进行传动误差快速预测提供了一种参考方法。

修形人字齿轮传动误差计算与试验研究

通过改变刀具切削刃的形状,以三段抛物线代替齿条的直线齿廓,推导出了刀具齿面方程;基于有限元柔度矩阵的非线性规划法,引入人字齿轮特有的约束条件,建立人字齿轮接触问题的数学规划模型,通过一种改进的正规形求解,从而获得人字齿轮的承载传动误差;利用光栅测量系统对修形前后试验齿轮副的传动误差进行了测量并与理论计算结果进行了对比验证。

变速器斜齿轮宏观参数减振优化设计

为了在变速器齿轮宏观参数设计阶段尽可能地降低齿轮啮合冲击振动,提出了一种斜齿轮宏观参数的减振优化设计方法。采用减小传递误差波动值作为减小冲击振动的手段,建立以减小冲击振动和体积为目标,同时考虑规范要求并保证强度的变速器斜齿轮宏观参数优化模型,采用遗传算法进行寻优。斜齿轮传递误差的计算方法考虑将斜齿轮副近似为众多小直齿轮副的叠加,并考虑相邻小直齿轮副的啮合角度的相位差,小直齿轮副的传递误差计算采用考虑轮体周向变形的改进石川法。优化结果表明,本文优化方法能够有效降低斜齿轮传递误差41%、降低体积1.34%。

宽斜齿轮多目标修形优化设计

通过理论齿面叠加修形曲面方法来设计斜齿轮修形齿面,根据齿轮接触分析、承载接触分析计算得到承载变形、接触线上的离散载荷及啮合刚度,应用弹流润滑剂理论确定离散点的局部摩擦系数,并通过Blok闪温公式获得齿面闪温,建立斜齿轮啮合型弯-扭-轴-摆10自由度动力学模型;以承载传动误差幅值、齿面闪温最小、齿面载荷均匀及振动加速度最小为目标,通过改进的粒子群优化算法确定了最佳修形齿面。结果表明:修形后齿轮副重合度增加,载荷均匀,齿面闪温分布明显改善;随转速、载荷的增加,啮合冲击逐渐增大,且随转速增加,啮合冲击激励较刚度激励的振动更加明显,因此共振的敏感性降低,多载荷承载传动误差幅值反映了振动随载荷变化趋势;修形后传动误差幅值、啮合冲击降低,因此有效降低了系统振动。

基于人字齿轮啮合特性的滑动摩擦功率损失

以空间多重共轭啮合理论为基础,利用人字齿轮副轮齿接触特性与承载接触特性,提出一种计算人字齿轮滑动摩擦功率损失的方法。首先,利用人字齿轮副轮齿接触分析(TCA),获得人字齿轮齿面接触路径和印痕。然后,利用人字齿轮副承载接触分析(LTCA),计算得到啮合齿面瞬时椭圆长轴(接触点)上离散点的法向载荷和瞬时接触点的传动误差,把所得到的离散点载荷和传动误差分别转换成齿面瞬时接触点的法向载荷和相对滑动速度,二者与摩擦因数相乘得到人字齿轮瞬时接触点的滑动摩擦功率损失。最后,对人字齿轮齿面所有瞬时接触点的滑动摩擦功率损失进行拟合并积分,最终获得1对人字齿轮轮齿从啮入到啮出的滑动摩擦功损。

高阶传动误差斜齿轮修形设计与加工

为了提高齿面啮合性能,降低磨削误差,设计高阶传动误差与接触路径曲线,并结合承载接触分析(LTCA)通过优化承载传动误差(LTE)幅值最小确定待定的参数,根据齿条展成渐开线齿面原理,求解小轮法向拓扑修形曲面;建立基于成形砂轮轴向廓形与5轴联动CNC机床各轴运动敏感性分析的齿面修形模型,判断砂轮与齿面的接触状态,计算磨削误差,应用PSO优化算法得到机床各轴运动参数与砂轮廓形的修形曲线.算例表明:优化的高阶传动误差在曲线转换点处是相切连接的,其拓扑修形曲面在啮入端近齿根、啮出端近齿顶处有较大的修形量,修形区域近似对角;中部有一定微小内凹的高阶传动误差可降低LTE幅值,减小轮齿振动,其内凹量大小与齿轮副工况有关,随载荷增加,最佳内凹量逐渐增大;经过成形砂轮进行主要的修形磨削及平面砂轮进行辅助的对角修形磨削可实现拓扑修形齿面加工,理论磨削误差小于2μm.

平行轴变齿厚斜齿轮传动接触分析

以平行轴变齿厚斜齿轮传动为研究对象,根据齿轮啮合原理及小、大齿轮的齿面方程,分别建立其标准安装以及存在中心距安装误差、轴线安装误差和综合安装误差时轮齿接触的数学模型,通过Matlab编程进行求解,得到不同安装情况下轮齿的接触轨迹及传动误差并进行了对比分析。结果表明,该齿轮传动对轴线安装误差较敏感,形成了边缘接触并且引起周期性的传动误差为该齿轮传动的设计与分析奠定了基础。