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考虑齿廓偏差的行星齿轮系统摩擦动力学模型

考虑齿廓偏差的行星齿轮系统摩擦动力学模型

第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2021）

作者：皇甫一樊董兴建龙新华彭志科上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室

本文提出了一种考虑齿廓偏差的行星齿轮系统摩擦动力学模型。该模型耦合了如下三个子模型:载荷分配模型、混合弹流润滑模型和行星齿轮动力学模型。利用轮齿承载接触分析方法获取含齿廓偏差的行星齿轮副载荷分配系数、啮合刚度和传递误... 详细信息

本文提出了一种考虑齿廓偏差的行星齿轮系统摩擦动力学模型。该模型耦合了如下三个子模型:载荷分配模型、混合弹流润滑模型和行星齿轮动力学模型。利用轮齿承载接触分析方法获取含齿廓偏差的行星齿轮副载荷分配系数、啮合刚度和传递误差。在此基础上,利用混合弹流润滑模型计算齿轮界面摩擦学参数(啮合阻尼、油膜刚度和摩擦系数等)。将综合啮合刚度、啮合阻尼和摩擦系数导入行星齿轮动力学模型来求解系统振动响应。为了考虑界面摩擦学行为与动力学行为之间交互作用,上述三个子模型需要迭代求解,直到界面上的动态啮合力满足收敛条件。通过两个数值算例来验证本文模型的有效性。结果表明,本文模型可以获得与文献实验结果相似的摩擦与动力学特性。利用本文模型讨论了两种典型的齿廓偏差形式(点蚀和修形)对界面摩擦特性和动力学特性的影响。本文所提出的摩擦动力学模型为啮合效率评估、修形参数优化设计和齿面损伤机理分析提供理论指导。

关键词：摩擦动力学模型弹流润滑行星齿轮齿廓偏差点蚀故障

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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渐开线斜齿轮传动摩擦动力学耦合研究

机械工程学报 2019年第3期55卷 109-119页

作者：邹玉静庞峰樊智敏青岛科技大学机电工程学院青岛266061 青岛市计量技术研究院青岛266101

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度以及摩擦力等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学、弹流润滑理论,建立12自由度斜齿轮摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,将动力学求解获得的动态轮齿作用力用于润滑分析中,而... 详细信息

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度以及摩擦力等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学、弹流润滑理论,建立12自由度斜齿轮摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,将动力学求解获得的动态轮齿作用力用于润滑分析中,而润滑分析获得的摩擦因数再次用于动力学分析计算中。通过实例研究了齿面摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系。研究表明:考虑耦合效应后的斜齿轮动态响应与定摩擦因数下的动态响应相比有较大不同,且时变摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应影响尤为显著;动态载荷等对斜齿轮润滑特性影响较大,转速接近共振转速时,动态载荷作用下的油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数分布规律与幅值与稳态载荷相比差异明显。动态载荷对斜齿轮润滑特性以及时变滑动摩擦力对动态响应的影响不可忽略。

关键词：渐开线斜齿轮摩擦动力学模型载荷分担理论动力学行为

振动与接触冲击耦合作用下的齿轮弹流润滑研究

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振动与冲击 2020年第21期39卷 226-232页

作者：菅光霄王优强于晓罗恒李云凯青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

为探究振动与冲击耦合作用下齿轮的弹流润滑特性,考虑时变啮合刚度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型,并在此基础上研究齿轮啮合点处速度差异导致的接触冲击现象,对比分析动载荷与平稳载... 详细信息

为探究振动与冲击耦合作用下齿轮的弹流润滑特性,考虑时变啮合刚度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型,并在此基础上研究齿轮啮合点处速度差异导致的接触冲击现象,对比分析动载荷与平稳载荷以及接触冲击位置、冲击转速对渐开线直齿轮时变弹流润滑结果的影响。研究表明:与平稳载荷相比,基于动载荷的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性;啮合点处速度差异会导致两轮齿的接触冲击现象,冲击转速和冲击位置对冲击合力有较大影响,并进一步影响齿轮的润滑状况。冲击位置越靠近啮出点,冲击转速越高,齿轮润滑时的"喘振"效果越明显。冲击转速过高或齿轮当量质量过小时会造成齿轮传动过程中"脱啮"。

关键词：渐开线直齿轮时变啮合刚度摩擦动力学模型接触冲击润滑特性

基于时变啮合刚度的变位齿轮系统热弹流润滑研究

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摩擦学学报 2020年第1期40卷 21-29页

作者：菅光霄王优强罗恒李云凯青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

为探究动载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性,综合考虑齿轮变位和时变啮合刚度的影响,基于动力学理论,建立了齿轮的六自由度摩擦动力学模型,分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性.研究表明:与其他传动类型相比,正... 详细信息

为探究动载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性,综合考虑齿轮变位和时变啮合刚度的影响,基于动力学理论,建立了齿轮的六自由度摩擦动力学模型,分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性.研究表明:与其他传动类型相比,正传动齿轮系统的润滑效果最佳,轮齿间可以形成较厚的润滑油膜,轮齿间的摩擦系数、油膜的最高温升最小,并且,随着两齿轮变位系数和的增大,润滑状况不断得到改善,热胶合承载能力增强;变位系数增加使齿轮系统的刚度增大,但同时降低了油膜的刚度.

关键词：渐开线直齿轮摩擦动力学模型油膜刚度变位系数润滑特性

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渐开线直齿轮的动力学与弹流润滑耦合

航空动力学报 2016年第8期31卷 2010-2020页

作者：邹玉静常德功青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

综合考虑时变啮合刚度和油膜刚度、表面粗糙度以及摩擦转矩等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型.采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,即将摩擦动力学模型求解获得的动态轮齿作... 详细信息

综合考虑时变啮合刚度和油膜刚度、表面粗糙度以及摩擦转矩等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型.采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,即将摩擦动力学模型求解获得的动态轮齿作用力和表面速度用于润滑分析中,反过来润滑分析获得的摩擦因数和油膜刚度将用于动力学分析计算中.通过实例研究了摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系.研究表明:考虑耦合效应后齿轮综合刚度略有下降.滑动摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应的影响比较显著,摩擦力会加剧该方向的振动.动态载荷对油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数影响均较大,且动力学行为对油膜温升分布的影响取决于相对滑动速度的大小.

关键词：渐开线直齿轮摩擦动力学模型载荷分担理论动力学行为润滑特性

船用低速机十字头滑块和十字头轴承摩擦动力学建模及低摩擦设计

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内燃机工程 2020年第6期41卷 116-126页

作者：李瑞孟祥慧上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

以某型号船用低速机为对象,基于多体动力学和混合润滑耦合建模,研究了十字头滑块和十字头轴承的摩擦动力学性能。利用MEBDF算法对高度非线性和刚性的摩擦动力学方程组进行了求解,得到了各个摩擦副在一个工作循环中的摩擦动力学性能,讨... 详细信息

以某型号船用低速机为对象,基于多体动力学和混合润滑耦合建模,研究了十字头滑块和十字头轴承的摩擦动力学性能。利用MEBDF算法对高度非线性和刚性的摩擦动力学方程组进行了求解,得到了各个摩擦副在一个工作循环中的摩擦动力学性能,讨论了滑块供油孔尺寸和十字头轴承宽度对低速机摩擦动力学的影响。计算结果表明:十字头滑块承担发动机的侧推力,摩擦损失较大;十字头轴承在上止点和下止点附近摩擦功率较高;滑块供油孔的半径会影响其摩擦动力学特性;适当降低轴承宽度,能够降低十字头轴承摩擦损失。

关键词：船用低速机摩擦动力学模型十字头滑块十字头轴承低摩擦设计

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齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究

机械传动 2020年第2期44卷 22-27页

作者：菅光霄王优强罗恒李云凯青岛理工大学机械与汽车工程学院

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用... 详细信息

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明,与平稳载荷相比,基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性,在啮合刚度的激励下,润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击,是齿轮弹流润滑的危险点。

关键词：渐开线直齿轮摩擦动力学模型弹流润滑润滑特性

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双渐开线齿轮动力学特性分析及实验研究

双渐开线齿轮动力学特性分析及实验研究

作者：江峰青岛科技大学

学位级别：硕士

双渐开线齿轮是一种综合双圆弧齿轮和渐开线齿轮优点于一身的新型齿轮,其端面齿廓由两段呈阶梯状布置的渐开线和一段过渡圆弧包络曲线构成,相较普通渐开线齿轮有更高的承载接触能力。目前,关于双渐开线齿轮动态接触特性的研究已相对成熟... 详细信息

双渐开线齿轮是一种综合双圆弧齿轮和渐开线齿轮优点于一身的新型齿轮,其端面齿廓由两段呈阶梯状布置的渐开线和一段过渡圆弧包络曲线构成,相较普通渐开线齿轮有更高的承载接触能力。目前,关于双渐开线齿轮动态接触特性的研究已相对成熟,但涉及双渐开线齿轮动力学特性以及动力学特性与其他因素耦合的研究相对较少。基于此,本文综合齿轮系统动力学理论分析、模型仿真、实验测试对双渐开线齿轮动力学特性开展研究。主要研究内容如下:（1）综合分析双渐开线齿轮动态啮合特性,建立双渐开线齿轮有限元分析模型,基于模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析,研究了双渐开线齿轮的动态接触特性和固有属性,并与普通渐开线齿轮对比分析;考虑双渐开线齿轮齿腰分阶的特殊性,研究了齿腰分阶参数对双渐开线齿轮瞬态接触特性的影响。（2）系统地分析齿轮系统动力学方程,基于理论计算值建立双渐开线齿轮柔性体虚拟样机,并将理论计算值与仿真值对比,验证了仿真模型的准确性;对比分析了双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮齿面接触力的变化规律,研究了齿腰分阶参数、啮合刚度、摩擦状态对双渐开线齿轮动力学特性的影响。（3）基于齿轮系统动力学理论,综合考虑时变啮合刚度、阻尼、摩擦、传递误差等非线性因素对齿轮系统的影响,建立双渐开线齿轮6自由度摩擦动力学模型,基于能量法求解了双渐开线齿轮时变啮合刚度的变化规律,并与有限元法求解结果对比,验证了求解结果的准确性。通过高次拟合,拟合出斜齿轮连续非线性函数表达式;根据建立的摩擦动力学模型,对比分析了双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮的振动特性,研究了刚度、摩擦对双渐开线齿轮动力学行为的影响。（4）搭建齿轮综合性能测试实验台,对比分析了双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮轴向、周向振动特性以及变工况下箱体中润滑油油温、传动效率变化情况;将振动测试实验结果与理论分析进行对比,验证了理论分析的准确性;研究了转矩、转速对双渐开线齿轮振动特性的影响。

关键词：双渐开线齿轮齿腰分阶参数啮合刚度摩擦动力学模型动力学特性

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混合状态下一体式水润滑轴承动态特性研究

混合状态下一体式水润滑轴承动态特性研究

作者：代海铭重庆科技学院

学位级别：硕士

本文以无缘轮轴推进器的核心部件径向推力一体式水润滑轴承为研究对象,针对无轴推进器运在运行时一体式水润滑轴承中存在的混合润滑行为,瞬态动力学响应等问题展开研究。以混合润滑理论为基础,建立一体式水润滑轴承的摩擦动力学模型。... 详细信息

本文以无缘轮轴推进器的核心部件径向推力一体式水润滑轴承为研究对象,针对无轴推进器运在运行时一体式水润滑轴承中存在的混合润滑行为,瞬态动力学响应等问题展开研究。以混合润滑理论为基础,建立一体式水润滑轴承的摩擦动力学模型。基于该模型,深入分析微沟槽形貌结构对轴承的作用机理,并探究微槽结构对轴承的动力学行为的影响,为微沟槽形貌的结构设计提供理论参考。同时,对比分析了轴承的关键设计参数和工况对其动态特性的影响。最后实验分析,进一步验证一体式水润滑轴承摩擦动力学模型的正确性和有效性。本文整体研究对改善径推一体式水润滑轴承的动态摩擦学特性和非线性动力学行为具有重要理论意义,同时可对轴承的生产和设计提供指导。研究内容如下:(1)以混合润滑理论为基础,考虑了流动因子、剪切因子和接触因子,表面粗糙度等因素对稳态水膜压力和瞬态水膜压力的影响,建立了瞬态雷诺方程。在此基础上结合转子三自由度动力学模型,最终建立了一体式水润滑轴承的摩擦动力学模型,并设计了瞬态摩擦动力学的求解方案,通过对比数值仿真验证模型正确性。(2)对比了不同耦合状态下一体式水润滑轴承的润滑特性,经研究发现,耦合状态下的润滑性能比非耦合状态下的更佳。探究了沟槽深度、沟槽宽度、沟槽个数、沟槽形状等沟槽结构对轴承的润滑行为的作用机理,通过改变微沟槽的结构来观测外部激励对轴承的偏移情况。推力轴承存在最优沟槽深度,为5μm,沟槽宽度和沟槽个数的增加,有利于推力轴承的润滑性能。对比圆弧沟槽和矩形沟槽对润滑行为的作用,结果表明,沟槽深度小于5μm时,圆弧形状的微沟槽的润滑性能比矩形沟槽的好,大于5μm时则相反,矩形形状的微沟槽具有更好的润滑性能。(3)分析一体式水润滑轴承关键设计参数(半径间隙,表面粗糙度等)和工况条件(转速,外载荷)对轴承动态特性的影响,揭示关键设计参数和工况条件对一体式水润滑轴承的作用机理。结果表明,转速和外载荷增大,对轴承的润滑性能有着改善作用。半径间隙和表面粗糙度越小,越能提高一体式水润滑轴承的动力学行为的稳定性。(4)以水润滑橡胶支撑/推力轴承综合性能实验台为平台,进行一体式水润滑轴承瞬态摩擦学动力学性能实验,探究水润滑橡胶轴承在不同转速和载荷下表征轴承摩擦动力学特性的摩擦系数、轴心轨迹等参数的变化规律。对比分析了摩擦动力学模型理论计算的轴心轨迹、摩擦系数和实验的数据结果,进一步验证了模型的正确性。

关键词：径向推力一体式水润滑轴承摩擦动力学模型动态特性