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转速激励下齿轮系统拍击振动的分岔特性

机械工程学报 2006年第2期42卷 168-172页

作者：董海军沈允文郜志英刘梦军西北工业大学机电学院西安710072

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负... 详细信息

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负载力矩的减小,齿轮副依次出现三种振动状态,即:①完全啮合的振动状态; ②仅有齿面碰撞的脱啮碰撞振动状态;③同时具有齿面碰撞和齿背碰撞的脱啮碰撞振动状态。通过倍周期分岔, 系统振动由周期转变为混沌,而在混沌区域中还存在一些周期窗口。齿轮副在振动状态转变的过程中均出现了跳跃现象,而跳跃过程的振动周期并不改变。分岔过程揭示出系统具有复杂的非线性特征。

关键词：拍击振动齿轮间隙混沌分岔

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随机阻尼拍击振动的二级传动模型

力学季刊 2010年第2期31卷 243-249页

作者：孙宜强温建明冯奇同济大学航空航天与力学学院上海200092

拍击(Rattling)是汽车齿轮在空载的条件下所产生的一种不规则的振动现象,是汽车齿轮箱噪音的主要来源之一,属于一类非线性振动现象。近些年来此种振动现象已经引起很多专家的关注,并发展了各种力学模型来描述Rattling振动。本文的研究... 详细信息

拍击(Rattling)是汽车齿轮在空载的条件下所产生的一种不规则的振动现象,是汽车齿轮箱噪音的主要来源之一,属于一类非线性振动现象。近些年来此种振动现象已经引起很多专家的关注,并发展了各种力学模型来描述Rattling振动。本文的研究对象为随机阻尼二级传动的Rattling振动,首次从理论方面建立了Rattling振动二级传动的随机阻尼模型,并采用非高斯截断技术导出一个五维平均映射表示的离散随机模型,并应用MATLAB语言编写程序对随机阻尼模型进行定性的分析,并通过平均庞加莱图揭示随机阻尼Rattling振动的二级传动模型的性质。结果表明:随机模型能更好的模拟齿轮箱的振动和噪声,而且系统响应会随着激励幅值的增加逐步进入随机浑沌。

关键词：齿轮传动拍击振动随机模型非高斯截断技术

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齿轮系统的拍击振动分析模型

中国机械工程 2003年第16期14卷 1416-1418页

作者：董海军沈允文刘梦军张琐怀西北工业大学机电工程学院西北工业大学

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下 ,建立了单间隙齿轮系统拍击振动分析的集中质量模型 ,该模型具有 3个转动自由度。利用碰撞动力学原理给出了齿轮副相互碰撞前后的速度映射关系。计算结果表明 ,当激励幅值较小时 ,齿... 详细信息

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下 ,建立了单间隙齿轮系统拍击振动分析的集中质量模型 ,该模型具有 3个转动自由度。利用碰撞动力学原理给出了齿轮副相互碰撞前后的速度映射关系。计算结果表明 ,当激励幅值较小时 ,齿轮副处于齿面啮合状态 ,系统表现为与激励周期相同的单周期振动 ;当激励幅值较大时 ,齿轮系统表现为时而齿面啮合、时而脱啮碰撞状态且无规律 ,为典型的混沌状态 ;当激励幅值很大时 ,齿轮系统处于非正常啮合状态且脱啮碰撞。

关键词：拍击振动齿轮间隙混沌转矩波动

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增速传动下中心距对拍击振动的影响研究

机械设计与制造 2013年第11期 1-5页

作者：刘学平谢宁沈岗向东王伟刘楠清华大学深圳研究生院深圳518055 清华大学精密仪器与机械学系北京100084 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

增速传动动态特性差,易发生拍击振动现象。在齿轮传动中,中心距是影响拍击振动的重要参数之一。提出了拍击振动研究中,即时刚度及阻尼的计算方法,该方法通过判断齿轮在不同中心距下的实际啮合情况来确定即时刚度及阻尼。基于即时刚度及... 详细信息

增速传动动态特性差,易发生拍击振动现象。在齿轮传动中,中心距是影响拍击振动的重要参数之一。提出了拍击振动研究中,即时刚度及阻尼的计算方法,该方法通过判断齿轮在不同中心距下的实际啮合情况来确定即时刚度及阻尼。基于即时刚度及阻尼,提出了拍击振动相对速度的计算方法。针对拍击振动的相对速度这个重要参数,对拍击振动进行了数值计算和实验分析,研究了在增速传动的加速过程中,中心距对于拍击振动剧烈程度的影响。实验和数值计算结果表明,随着中心距的增大,拍击振动相对速度振幅加大,拍击振动更剧烈。

关键词：齿轮即时刚度拍击振动中心距增速传动

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非圆面齿轮的非线性拍击振动特性

非圆面齿轮的非线性拍击振动特性

作者：赵国豪燕山大学

学位级别：硕士

非圆面齿轮机构是一种由直齿渐开线圆柱齿轮和非圆面齿轮组成的齿轮机构,具有节曲线构造性好、结构简单、维护方便的优点,但非圆面齿轮内部多种时变激励容易引起拍击振动,故本文对其拍击动力学展开研究。本文分析了非圆面齿轮机构的基... 详细信息

非圆面齿轮机构是一种由直齿渐开线圆柱齿轮和非圆面齿轮组成的齿轮机构,具有节曲线构造性好、结构简单、维护方便的优点,但非圆面齿轮内部多种时变激励容易引起拍击振动,故本文对其拍击动力学展开研究。本文分析了非圆面齿轮机构的基本传动原理,构建了非圆面齿轮副的通用传动比函数,推导了封闭非圆面齿轮的节曲线公式,并给出了内部激励和外部激励的主要激励类型和数学表达。考虑时变瞬心、刚度、阻尼和静传递误差以及齿侧间隙等因素,构建了以实际转角为自变量的拍击动力学模型,运用龙格-库塔法计算了齿轮的动态响应,分析了恒定负载下不同系数参数对拍击行为的影响。结果表明:增大输入转速、误差和传动比系数或者减小负载扭矩,非圆面齿轮将依次经历无拍击、单边拍击和双边拍击状态,拍击强度随之上升;提高齿轮精度、负载扭矩或减小传动比变化范围可以提高拍击门槛转速。考虑外部激励的影响,构建了周期负载工况下拍击动力学模型,分析了不同参数对拍击行为的影响规律。结果表明:增大输入转速、误差、传动比系数和周期负载幅值或者减小负载均值,非圆面齿轮将依次发生无拍击、单边拍击和双边拍击状态,拍击强度随之上升;提高齿轮加工和安装精度、负载扭矩均值或减小传动比系数、负载幅值可以提升拍击门槛转速。搭建了非圆面齿轮振动测试平台,采集齿轮径向加速度振动信号并绘制了时域响应和频谱曲线。实验结果证明:试验测得的主要激励频率与理论时变瞬心激励频率和啮合刚度激励频率基本一致,激励频率的变化规律与理论分析的拍击振动行为和啮合力的变化规律相对应,验证了本文构建的拍击动力学模型和拍击振动特性分析结果的准确性。

关键词：非圆齿轮面齿轮齿侧间隙非线性动力学拍击振动

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变速椭圆齿轮泵的非线性振动模型与拍击特性

变速椭圆齿轮泵的非线性振动模型与拍击特性

作者：谭万鑫燕山大学

学位级别：硕士

变速椭圆齿轮泵是一种以高阶椭圆齿轮为转子的新型容积泵,具有排量大、瞬时流量均匀、结构紧凑、运行可靠的优点,在农业、石油、化工、食品、医疗和交通等领域具有广阔应用前景。两级非圆齿轮串联系统作为其核心传动系统,运行过程中受... 详细信息

变速椭圆齿轮泵是一种以高阶椭圆齿轮为转子的新型容积泵,具有排量大、瞬时流量均匀、结构紧凑、运行可靠的优点,在农业、石油、化工、食品、医疗和交通等领域具有广阔应用前景。两级非圆齿轮串联系统作为其核心传动系统,运行过程中受到非圆齿轮特有的时变瞬心激励,振动较圆齿轮泵更剧烈。因此,研究变速椭圆齿轮泵的动力学,明确其振动机制,对提升泵的动态性能具有重要意义。基于非圆齿轮变传动比传动的特点,推导了变速椭圆齿轮泵瞬时流量公式、平均流量公式,反求了外置非圆齿轮理论传动比,进而得到了外置平抑用非圆齿轮节曲线形状,阐明了变速椭圆齿轮泵流量脉动平抑原理。分析了椭圆齿轮泵的泄露途径,针对径向间隙泄露进行密封性能优化,给出了通过增多密封齿数、增大单齿密封面积的可行性方案,并分析了方案的改善效果及可行性。综合考虑轮齿间的弹性变形、静态传递误差、齿侧间隙及周期负载等因素,基于集中参数法和弹性转角分离方法,给出了非圆齿轮齿间接触/分离的数学描述,构建了变速椭圆齿轮泵两级非圆齿轮传动系统的非线性扭振模型。运用龙格-库塔法求解了系统的时域响应,定量分析了变速椭圆齿轮泵的拍击特性以及关键参数对拍击门槛转速的影响。结果表明:系统振动频率成分主要包括时变瞬心激励频率、轮齿啮合激励频率,以及两者的和差、倍频成分,椭圆转子4振动较非圆齿轮2更剧烈,随着变速椭圆齿轮泵输入转速的增加,系统先后经历无拍击、单边拍击和双边拍击状态,当拍击发生后齿间动态啮合力均方根会迅速增大;提高泵口压力或系统制造精度能够提升拍击门槛转速,而增加转子偏心率,会导致拍击门槛转速先缓慢升高后迅速降低。最后搭建了变速椭圆齿轮泵振动试验平台,采集了变速椭圆齿轮泵泵体振动数据,分析了泵体振动频域组成,并将其与理论计算所得进行对比,验证了变速椭圆齿轮泵动力学理论模型的正确性。

关键词：非圆齿轮容积泵恒流泵非线性动力学拍击振动

基于谐波平衡法的减-变速集成齿轮振动特性研究

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基于谐波平衡法的减-变速集成齿轮振动特性研究

作者：刘志家燕山大学

学位级别：硕士

减-变速集成齿轮是一种新型的齿轮机构,融合了非圆齿轮和面齿轮的传动特征,可实现相交轴间的变速比传动。相对普通非圆齿轮与圆齿轮的串联传动机构具有高效轻量化的突出优势,因此,在航天航空、武器装备、医疗器械和机器人等领域具有广... 详细信息

减-变速集成齿轮是一种新型的齿轮机构,融合了非圆齿轮和面齿轮的传动特征,可实现相交轴间的变速比传动。相对普通非圆齿轮与圆齿轮的串联传动机构具有高效轻量化的突出优势,因此,在航天航空、武器装备、医疗器械和机器人等领域具有广阔的应用前景。作为一种新型空间非圆齿轮传动机构,明确其动力学特性对于减-变速集成齿轮的设计和应用具有重要意义。根据减-变速集成齿轮的啮合原理,建立了该机构节曲线和齿廓模型,给出了齿轮时变瞬心、啮合刚度及轮齿误差的数学描述。考虑负载较大时,轮齿基本不发生脱齿现象,故不计齿侧间隙,构建了减-变速集成齿轮在时变瞬心和啮合刚度复合激励下的扭振模型,采用多阶谐波平衡法得到近似解析解,分析了齿轮的动态响应以及各参数的灵敏度,研究结果表明:齿轮在复合参数激励下存在复杂的多频响应,响应幅值随转速、偏心率、误差幅值、啮合刚度幅值比以及负载扭矩的增大而呈现不同的增大趋势。进一步,考虑轻载工况时,间隙将引起轮齿发生反复脱齿和冲击,故计入齿侧间隙,构建了减-变速集成齿轮间隙非线性扭振模型,综合利用谐波平衡法和离散傅里叶变换,推导出非线性模型的近似解析解,通过分析发现:随着偏心率、输入速度和误差幅值的增大,减-变速集成齿轮将依次经历非冲击状态、单边冲击状态和双边冲击状态,而啮合刚度的幅值系数对减-变速集成齿轮的状态转换影响不大。最后,搭建了减-变速集成齿轮振动测试平台,通过三向加速度传感器测试了齿轮系统的横向和轴向振动。实验结果表明:减-变速集成齿轮实际振动中的频率成分与理论分析中假设的谐波成分是吻合的,转速和负载对齿轮振动幅值的影响规律和理论分析结果基本一致,从而验证了减-变速集成齿轮振动模型及分析方法的正确性。

关键词：非圆齿轮面齿轮谐波平衡法参数振动拍击振动

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齿轮拍击系统的动力响应

振动工程学报 2003年第1期16卷 62-66页

作者：张锁怀沈允文董海军刘梦军西北工业大学机械工程学院西安710072

在考虑不平衡质量、主动轴转速波动及齿侧间隙的情况下 ,建立了单级齿轮传动系统的拍击振动模型。通过数值仿真 ,得到了系统的时间响应。根据时间响应及其相图可知 ,在拍击过程中 ,齿面碰撞、齿背碰撞及齿轮正常啮合现象交替出现 ;在某... 详细信息

在考虑不平衡质量、主动轴转速波动及齿侧间隙的情况下 ,建立了单级齿轮传动系统的拍击振动模型。通过数值仿真 ,得到了系统的时间响应。根据时间响应及其相图可知 ,在拍击过程中 ,齿面碰撞、齿背碰撞及齿轮正常啮合现象交替出现 ;在某一转速下 ,拍击周期等于激励周期 ,在一个激励周期中 ,拍击过程只出现一次 ;在另一转速下 ,出现二周期的拍击特性 ,在一个激励周期中 ,出现更多的拍击过程。在不同转速下 ,拍击振动的幅值有很大差异。当拍击次数增加、或出现齿背碰撞时。

关键词：动力响应转速波动时间响应齿轮系统拍击振动

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齿轮系统Rattling动力学行为研究

机械工程学报 2004年第1期40卷 136-141页

作者：董海军沈允文刘梦军张锁怀西北工业大学机电工程学院西安710072

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了单间隙齿轮系统Rattling分析的集中质量模型。计算了不同激励频率下齿轮系统振动性态随着激励幅值的增大而变化的规律。从计算得到的齿轮系统工作状态图,分析了齿轮系统振动噪... 详细信息

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了单间隙齿轮系统Rattling分析的集中质量模型。计算了不同激励频率下齿轮系统振动性态随着激励幅值的增大而变化的规律。从计算得到的齿轮系统工作状态图,分析了齿轮系统振动噪声随着激励频率增大而变化的规律。计算结果还表明:激励频率在366.5 rad·s～1以下时,随着激励幅值的增大,齿轮系统由完全啮合状态的单周期振动直接激变为时而啮合时而脱啮碰撞状态的混沌振动,而在这一混沌区域内还有可能出现周期窗口;在完全脱啮的状态下,随着激励幅值的增大,某些激励频率下,依次出现单周期、三周期之后变为混沌振动;某些激励频率下,依次出现单周期、二周期、四周期的周期倍化变为混沌振动;以固有频率激振时,齿轮副在时而啮合时而脱啮碰撞的状态表现为四周期的周期振动,而且随着激励幅值的增大还会出现齿轮副完全啮合的单周期振动,之后又激变为完全脱啮的混沌振动,表现为更加复杂的非线性特征。

关键词：拍击振动齿轮间隙混沌动力学 Rattling分析