惰齿轮非线性动力学建模与振动噪声抑制研究

作     者：王双不 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵毅敏

授予年度：2017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：惰齿轮 拍击 振动噪声 动力学模型 

摘      要：齿轮是一种重要的连接和传递动力的通用零部件,广泛地应用于工业、农业、国防、航空航天、交通运输等各个行业的机械设备中。惰齿轮是内燃机正时齿轮系中重要组成部分,运转过程中转速较高,承受波动载荷,易与配合的齿轮在侧隙范围内发生拍击,影响汽车行驶的平顺性和耐久性,甚至会造成传动系统部件早期损坏。此外,齿轮拍击产生的辐射噪声会影响驾驶员和乘客的舒适度。因此,探究惰齿轮拍击振动的非线性动力学机理,对于预防汽车正时齿轮系早期故障以及控制汽车振动和噪声具有重要的理论意义和实际工程应用价值。本文针对惰齿轮拍击振动现象,采用动力学分析方法,建立了考虑不同非线性因素的惰齿轮背隙冲击动力学模型,开展了惰齿轮系统非线性激励的影响因素研究,提出了惰齿轮振动噪声抑制方法,针对齿廓修形方案进行了理论仿真和实验验证。本文主要研究内容如下:(1)介绍了惰齿轮背隙冲击机理、偏斜现象以及齿轮振动噪声机理与预估方法,了解惰齿轮的非线性工作原理和拍击噪声产生原因,为惰齿轮的非线性动力学建模提供先决条件。(2)针对目前齿轮拍击动力学中非线性因素单一的不完善问题,考虑了存在齿面啮合和齿背啮合的不对称时变啮合刚度,建立了质量不平衡惰齿轮的背隙冲击动力学模型,分析了质量不平衡引起的时变离心力和时变惯性力等非线性因素对系统响应的影响,研究了不同偏心距和背隙量对惰齿轮动态传递误差和结构噪声的影响,为惰齿轮质量不平衡故障研究奠定了理论基础;(3)考虑了存在轴颈偏斜的时变油膜刚度非线性因素,建立了轴颈偏斜惰齿轮的背隙冲击动力学模型,提出了由轴颈偏斜引起的时变中心距、时变压力角、时变重合度和时变齿侧间隙计算模型,分析了偏斜量对惰齿轮动态传递误差和结构噪声的影响,为惰齿轮轴颈偏斜故障研究奠定了理论基础;(4)为了减小惰齿轮振动和噪声,提出了控制质量不平衡和轴颈偏斜故障以及齿廓修形的惰齿轮振动噪声抑制方法,开展了惰齿轮齿廓修形案例分析,研究了不同齿廓修形量和修形长度对惰齿轮动态传递误差和结构噪声的影响,并通过修形前后齿轮的对滚实验验证了齿廓修形对齿轮系统减振降噪的作用。