考虑齿面摩擦的渐开线直齿轮传动系统动力学研究

作     者：李添翼 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武志斐

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：直齿轮传动 线接触弹流润滑 非线性动力学 动态响应 FZG台架 

摘      要：齿轮传动在各行业应用广泛,在传动过程中,各元件间的摩擦及间隙对系统影响重要且复杂。本文将齿面摩擦、齿侧间隙等因素考虑在内,针对渐开线直齿圆柱齿轮传动系统动态响应相关问题展开深入研究。首先构建一对齿轮副的线接触弹流润滑模型,求得齿面摩擦系数;然后,建立考虑齿面摩擦的六自由度齿轮非线性系统动力学模型,使用龙格-库塔(Runge-Kutta)法求解获得系统的动态响应;最后,搭建适用于渐开线直齿圆柱齿轮传动的机械功率流封闭式齿轮运转试验台架,对动力学模型仿真的动态响应结果进行试验验证。本文的具体工作内容如下:1、根据Hertz接触理论可知齿轮副的接触属于线接触,在考虑齿面润滑效应后,可以处理为线接触润滑问题,本文对线接触弹流润滑理论进行了研究,建立齿轮副啮合时的润滑模型,在对方程进行无量纲化后进行求解,获得在润滑状态下的齿轮副间的摩擦系数,为后面的齿轮系统动力方程摩擦力的确定提供依据。2、本文考虑齿轮啮合时的齿侧间隙,根据系统各元件间的相互作用得到一对啮合齿轮的六自由度动力学方程,借助MATLAB软件建立一对齿轮副的非线性系统动力学模型,将齿面摩擦考虑在内,对系统方程进行无量纲化处理后使用五阶变步长龙格-库塔(Runge-Kutta)法对动力学模型进行求解,获得齿轮系统的动态响应及齿面摩擦对动态响应间的影响规律。3、根据研究需要、参照相关规定搭建机械式功率流封闭齿轮试验台架。按照试验需要制定规范的试验方案,选择合适的齿轮试验件、不同型号及参数的润滑油,建立完善的试验检测机制,进行对应的齿轮传动振动试验。对试验测得的数据进行提取分析,得到不同精度齿面在不同工况、不同润滑情况下的时域、频域振动响应。4、首先对比了不同润滑情况下齿轮试验结果与仿真结果,验证了理论模型对润滑仿真的可信性,得到了润滑油参数对齿轮系统动态响应影响的规律;然后对比了在不同载荷工况下的试验动态响应结果与理论仿真结果,验证了理论仿真模型对载荷工况造成影响的可信性,同时得到了载荷工况对齿轮系统动态响应的影响规律;最后对比了不同齿面精度的试验动态响应结果和理论仿真结果,验证了理论模型的可信性,同时得到了齿面精度对齿轮振动响应的影响规律。结果表明,理论模型在齿面润滑、传递载荷工况及齿面精度三方面的仿真结果与试验结果能较好吻合,验证了本文提出的六自由度渐开线直齿轮非线性系统动力学模型的可信性,为后期的理论研究提供重要的参考,为实际工程应用中低振动、低噪声的齿轮传动系统设计提供指导。