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考虑齿面摩擦的渐开线直齿轮传动系统动力学研究

第十四届全国振动理论及应用学术会议(NVTA2021)

作者：关先磊唐进元胡泽华王青山王瑞华中南大学机电工程学院

建立了一种考虑轴和齿轮体弹性的直齿圆柱齿轮传动系统动力学模型。将齿轮轮缘简化为弹性环,将齿轮腹板的刚性等效为作用在环上的支撑弹簧。基于多体动力学理论,得到了旋转的直齿轮转子的动能。考虑啮合点沿齿轮基圆的运动效应,建立了... 详细信息

建立了一种考虑轴和齿轮体弹性的直齿圆柱齿轮传动系统动力学模型。将齿轮轮缘简化为弹性环,将齿轮腹板的刚性等效为作用在环上的支撑弹簧。基于多体动力学理论,得到了旋转的直齿轮转子的动能。考虑啮合点沿齿轮基圆的运动效应,建立了啮合过程的时变模型,可以计算齿轮体内部的瞬时动态响应。采用微分求积有限元法建立了齿轮副的微分方程。通过将腹板等效支撑弹簧的刚度值设为无穷大,此模型"退化"成集中参数模型,并与现有的集中参数模型(LMM)的模态和动态特性进行比较,验证了该模型的有效性。研究了齿轮腹板弹性对动态特性的影响。结果表明,齿轮腹板的弹性增加会使得齿轮副的耦合频率降低,在一定程度上也能降低振动强度;但较大的腹板弹性会使得系统工作在耦合频率附近时出现混沌运动。

关键词：直齿轮传动弹性环时变啮合模型动态特性

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考虑齿面摩擦的渐开线直齿轮传动系统动力学研究

作者：李添翼太原理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

基于径向基函数的直齿圆柱齿轮传动摩擦系数反求方法

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基于径向基函数的直齿圆柱齿轮传动摩擦系数反求方法

作者：钱炫吕湖南大学

学位级别：硕士

齿轮摩擦特征与规律的研究对于减少齿面磨损、降低振动噪声、改善传动性能和提高疲劳寿命等具有重要意义。在表征齿面摩擦的诸多参数中,摩擦系数是最重要、最直观的参数。本文以直齿圆柱齿轮为研究对象,采用理论分析与数值模拟及台架试... 详细信息

齿轮摩擦特征与规律的研究对于减少齿面磨损、降低振动噪声、改善传动性能和提高疲劳寿命等具有重要意义。在表征齿面摩擦的诸多参数中,摩擦系数是最重要、最直观的参数。本文以直齿圆柱齿轮为研究对象,采用理论分析与数值模拟及台架试验相结合的方法,基于径向基函数模型和多岛遗传算法,对直齿轮的齿面摩擦系数进行反求,并分析了润滑状态、工作参数等对齿面摩擦系数的影响。主要研究内容有:(1)直齿圆柱齿轮几何模型与有限元建模。根据齿轮啮合原理及展成加工方法,得到齿轮齿廓曲线方程。基于MATLAB与ANSYS/APDL的混合建模方法,实现齿轮的参数化建模,并建立了齿轮有限元模型,计算齿根弯曲应力。(2)直齿圆柱齿轮弯曲强度有限元分析与试验测试。根据齿间载荷分配系数,得到齿轮沿啮合作用线的载荷分布。在均布载荷作用下,得到齿宽方向的轮齿变形、齿根弯曲应力分布和齿高方向的齿根应力沿啮合线的变化曲线。基于电封闭试验台和LabVIEW的齿根动态应力测试系统,测量齿轮转速、转矩及齿根弯曲应力。将有限元仿真结果与试验测试结果对比,验证测试结果的正确性。(3)基于径向基函数的直齿轮传动摩擦系数反求。采用拉丁超立方法进行试验设计,采用径向基函数构建齿轮代理模型,以有限元计算的齿根弯曲应力和试验测试的弯曲应力为变量构建目标函数,采用多岛遗传算法反求啮合点的摩擦系数。将反求结果与其他研究者提出的摩擦系数计算式进行对比,验证该方法的合理性。(4)齿面摩擦系数影响因素分析。不计温度和传动误差的影响,分别在无/有润滑状态下分析了转速和转矩对摩擦系数的影响,反求了齿面的摩擦系数。在无/有润滑时,转速对摩擦系数的影响较小,转矩对摩擦系数的影响较大,摩擦系数随转速增大而减小,随着转矩的增大而增大。这与其他研究者关于齿面摩擦系数的结论相一致。

关键词：直齿轮传动摩擦系数反求径向基函数弯曲应力测试有限元分析

低速工况下渐开线圆柱直齿轮齿面粘着磨损计算

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吉林大学学报（工学版） 2021年第5期51卷 1628-1634页

作者：陈魏雷雨龙李兴忠付尧扈建龙侯利国吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022 吉林大学青岛汽车研究院山东青岛266100

针对低速工况车辆传动系统中齿轮磨损影响系统寿命问题,基于考虑齿面磨损的载荷分配系数模型和Archard磨损模型,提出了一种适用于渐开线圆柱直齿轮的齿面粘着磨损计算方法。通过与试验数据对比,验证了模型的有效性。进而研究了齿面载荷... 详细信息

针对低速工况车辆传动系统中齿轮磨损影响系统寿命问题,基于考虑齿面磨损的载荷分配系数模型和Archard磨损模型,提出了一种适用于渐开线圆柱直齿轮的齿面粘着磨损计算方法。通过与试验数据对比,验证了模型的有效性。进而研究了齿面载荷和磨损因数等因素对齿面磨损深度影响规律,仿真结果表明:渐开线直齿轮节点附近磨损量几乎为零;小齿轮齿根附近齿面磨损最为严重;单、双齿啮合交替区域齿面磨损量相对于其他位置有突变。本文提出的齿面粘着磨损计算模型可以为低速工况齿轮磨损寿命的预测提供理论基础。

关键词：机械设计及理论直齿轮传动低速工况齿面载荷粘着磨损

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真实啮合状态的直齿轮副啮合刚度计算方法

工具技术 2023年第11期57卷 91-96页

作者：李恒沈云波朱育权朱昭媛西安工业大学机电工程学院

为了准确计算直齿轮副在真实啮合状态下的时变啮合刚度,根据齿轮啮合原理和齿轮副啮合刚度的定义,提出通过齿面接触分析(TCA)/承载接触分析(LTCA)计算真实啮合状态下直齿轮副时变啮合刚度的方法。在考虑直齿轮副齿形修形和安装误差的基... 详细信息

为了准确计算直齿轮副在真实啮合状态下的时变啮合刚度,根据齿轮啮合原理和齿轮副啮合刚度的定义,提出通过齿面接触分析(TCA)/承载接触分析(LTCA)计算真实啮合状态下直齿轮副时变啮合刚度的方法。在考虑直齿轮副齿形修形和安装误差的基础上,构建真实啮合状态下直齿轮副的TCA和LTCA分析模型,采用数学规划与有限元结合的方法获得齿面载荷分布因子和传动误差,通过三次Hermite插值,计算获得一个啮合周期内齿轮副的时变啮合刚度。结果表明,齿廓修形影响直齿轮副啮合刚度的幅值和均值,且随修形量和修形长度的增大而减小。与有限元法计算结果比较相差3.1%,验证了结果的准确性。

关键词：直齿轮传动轮齿修形 TCA/LTCA 时变啮合刚度

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功能梯度材料转子系统动力学特性分析

功能梯度材料转子系统动力学特性分析

作者：王瑞华中南大学

学位级别：硕士

作为旋转机械的重要工作部件,转子系统的应用范围涵盖了航空航天、机械、计算机等众多领域,因其动力学性能关乎整个机械的正常运转而受到了广泛关注。随着转子系统向高速化、轻量化方向发展,面对高温、高压、高转速等恶劣工作环境,具有... 详细信息

作为旋转机械的重要工作部件,转子系统的应用范围涵盖了航空航天、机械、计算机等众多领域,因其动力学性能关乎整个机械的正常运转而受到了广泛关注。随着转子系统向高速化、轻量化方向发展,面对高温、高压、高转速等恶劣工作环境,具有良好的热-机械性能的复合材料被逐步应用于转子系统中。航空发动机齿轮常采用薄腹板、薄轮缘、多减重孔的形式,可以被简化为一种典型的轴-盘转子结构,具有低刚度高柔性的特点。齿轮转子轮体柔性对齿轮传动系统动力学特性的影响不可忽视。然而,现有的建模方法并不适用于此类齿轮转子。基于此,本文围绕温度场中含功能梯度材料转子的齿轮传动系统动力学建模及动力学特性分析,开展了以下工作:(1)根据微分求积有限元原理,建立了柔性轴-柔性变厚度功能梯度材料盘耦合转子动力学模型,用以研究功能梯度材料转子系统在温度场中的耦合动力学行为。考虑材料的热物性,分别建立材料属性沿厚度方向和半径方向以幂律形式变化的功能梯度材料模型。基于转子动力学理论,建立了耦合转子系统的整体控制微分方程。通过与文献结果、有限元软件计算结果和模态实验结果对比分析,充分验证了模型的可靠性与准确性,并详细讨论了温差、转速、几何参数和材料参数对功能梯度转子系统动力学特性的影响,丰富了现有研究数据,为转子系统的设计工作和未来研究提供帮助。(2)基于Timoshenko梁理论和中厚板理论,提出了温度场中功能梯度材料轴-盘-环耦合转子系统建模方法。根据齿轮啮合过程,考虑时变啮合刚度,推导出齿轮啮合副的啮合势能,建立齿轮啮合单元。以轴-盘-环耦合转子作为齿轮转子,通过啮合单元连接,建立了温度场中的功能梯度材料齿轮啮合副动力学模型。通过与有限元软件计算结果的对比分析,证实该模型具有较高的计算精度和计算效率。(3)通过上述功能梯度材料齿轮啮合副建模方法,对航空发动机附件传动系统中的三平行轴-直齿轮传动系统进行动力学建模。以有限元计算结果作为参考,逐级对传动轴、一级齿轮传动系统和二级齿轮传动系统数值模型的可靠性进行验证,并对由轮齿啮合引起的耦合振动行为进行了具体分析。结合对温度场中的齿轮传动系统耦合振动特性和动力学特性的参数化研究,探究其内在关联。着重探讨了轮体相关参数对齿轮传动系统整体特性的影响,为功能梯度材料齿轮转子设计和齿轮传动系统的动力学振动响应规律的准确预测提供一定的理论支持。图53幅,表17个,参考文献101篇

关键词：轴-盘转子系统直齿轮传动温度场功能梯度材料动力学特性

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减速器的可靠性计算

机械设计 1984年第3期 43-55页

作者： Г.А.什赫萨列夫,谢世忠 ,刘安俊科学技术博士

减速器是许多机器的组成部分,因而改善其计算方法具有很大的意义。下面提出一种简化方法来计算减速器零件以及整个减速器的失效概率和可靠度,在在此基础上打算详细拟订参考技术资料。木文包括计算减速器基本零件及整个减速器的失效概率... 详细信息

减速器是许多机器的组成部分,因而改善其计算方法具有很大的意义。下面提出一种简化方法来计算减速器零件以及整个减速器的失效概率和可靠度,在在此基础上打算详细拟订参考技术资料。木文包括计算减速器基本零件及整个减速器的失效概率及可靠度所需的公式

关键词：减速器失效概率调速器齿向载荷分布系数直齿轮传动接触疲劳极限齿顶修形

B6135增压柴油机机油泵轴断裂事故的测试和分析

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柴油机 1987年第1期 40-48页

作者：应启光黄翔如龚燕燕上海工程技术大学上海柴油机厂

机油泵轴断裂是中小型高速机的典型事故。断口呈弯曲疲劳类型。在柴油机试验台架上作了大量的轴系扭振和机油泵轴段的弯曲、扭转应变的同步测试,并结合系统的理论计算和分析,揭示了B6135柴油机机油泵轴断裂的根本原因。机油泵传动方式... 详细信息

机油泵轴断裂是中小型高速机的典型事故。断口呈弯曲疲劳类型。在柴油机试验台架上作了大量的轴系扭振和机油泵轴段的弯曲、扭转应变的同步测试,并结合系统的理论计算和分析,揭示了B6135柴油机机油泵轴断裂的根本原因。机油泵传动方式的对比试验及计算分析表明:B6135柴油机机油泵由现在的斜齿轮改为直齿轮传动,将能消除机油泵轴的断裂事故。

关键词：轴断裂轴系扭振直齿轮传动机油泵 B6135 增压柴油机低速柴油机

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齿向载荷分布状况的试验研究

机械传动 1986年第5期 37-41页

作者：杨明朱孝录北京钢铁学院

本文简要回顾了测试齿向载荷分布状况的应力(应变)法和位移法,就如何在真实的直齿轮传动系统上用电测方法进行载荷分布测试的问题进行了分析,提出了试验方案并介绍了实测过程,获得了较为满意的结果。

关键词：齿向载荷分布齿轮传动系统直齿轮传动载荷分布系数轮齿齿宽试验研究