运用多尺度法对齿轮系统组合共振特性的分析

在考虑了啮合时变刚度、齿侧间隙、传递误差等多种非线性因素的基础上，应用多尺度分析方法对单对直齿轮传动系统的组合共振特性进行了研究。在分析模型中，将时变刚度按5次谐波展开，齿侧间隙按3次多项式拟合。研究了系统在内部激励、外部激励和参数激励作用下组合共振的激振频率组合方式，得到了稳态振动的频率响应方程，并绘制了相应的频率响应曲线，指出静态激励、动态激励、内部激励、外部激励对系统共振响应的不同影响作用。     

外部动态激励作用下齿轮系统非线性动力学特性

为了研究外部动态激励作用下齿轮系统非线性动力学特性,建立了考虑周期时变刚度、齿侧间隙、黏弹性阻尼和外部动态激励的单自由度直齿轮副系统动力学模型。针对外部动态激励作用下的周期时变刚度、齿侧间隙、激励幅值和阻尼比对齿轮副系统动力学特性的影响,采用增量谐波平衡法来求解齿轮副系统的稳态周期响应,并采用四阶变步长Runge-Kutta数值方法进行了验证。研究结果表明,增量谐波平衡法求解结果与数值仿真结果吻合得较好,齿轮系统在外部动态激励作用下会引起参数共振、多值解和幅值跳跃等非线性动力学行为,增大激励幅值和阻尼比等参数,能够有效控制齿轮系统的非线性振动响应。     

负载与支承刚度对面齿轮传动系统动态特性的影响分析

为研究负载及支承刚度变化时对面齿轮传动系统动态特性的影响,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传动误差、阻尼和负载激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF(Poincaré-Newton-Floquet)方法进行求解。计算结果表明,在不同的负载及支承刚度条件下,系统会出现简谐响应、次谐响应、拟周期响应及混沌响应4类稳态响应。增加负载及支承刚度能有效降低系统的动载荷,而增大支承刚度还可以减小面齿轮支承在方向与方向上的振动位移幅值差距。     

增速箱系统动态激励下的响应分析

齿轮啮合动态激励是齿轮系统产生振动和噪声的基本原因，齿轮系统在内部动态激励下的响应分析，对齿轮系统的设计和使用具有重要的意义。针对增速箱系统，采用三维接触有限元法得出啮合齿对的时变刚度曲线，根据齿轮精度级确定的齿轮偏差模拟得出齿面误差曲线，得出了刚度激励和误差激励。应用Ⅰ-DEAS软件建立了增速箱有限元动力分析模型，分析计算出了增速箱的固有频率和箱体、传动轴的动态响应。结果表明，增速箱系统在使用中不会引起共振，且振幅不大，能满足系统的使用要求。     

齿轮转子系统参数振动特征的数值研究

以渐开线直齿圆柱齿轮传动作为研究对象,计及轴和支承的弹性变形以及轮齿时变啮合刚度,忽略啮合侧隙和轴承间隙,建立了齿轮转子系统扭转—横向振动相互耦合的3自由度动力学方程。利用数值仿真方法,研究了系统在时变刚度激励下稳态响应的特征,探讨了支承刚度、支承阻尼、啮合阻尼等参数对振动失稳和参数共振的影响。研究结果对于齿轮传动的减振与降噪具有积极意义。图9,参14。     

带有侧隙的齿轮故障振动

对在非共振情况下齿轮侧隙和载荷的变化对齿轮振动频率的影响进行了研究。建立齿轮振动微分方程 ,用变步长 Runge - Kutta法求出了齿轮存在间隙时齿轮振动的时程响应的数值解 ,并用快速 Fourier变换 (FFT)方法求出时程响应的幅值谱 ,研究结果表明 :齿侧间隙的存在及变化对齿轮的振动故障频率成份有很大的影响 ,并且在齿侧间隙的值一定时 ,如果齿轮的工作转速和工作载荷发生改变 ,齿轮的振动故障频率成份也有改变。研究结果对齿轮的故障诊断和齿轮传动系统动态设计有重要的意义     

面齿轮传动系统参数激励振动特性分析

为研究各参数对面齿轮传动系统动态特性的影响,建立了包含齿侧间隙、传动误差、时变啮合刚度、阻尼、支承和外激励等参数的系统弯扭耦合非线性动力学模型,结合非线性动力学数值分析理论求解并得到了系统在不同参数下的分岔特性。计算结果表明,增加齿侧间隙、时变啮合刚度和传动误差会导致系统动载荷明显增大,而增加啮合阻尼则能有效降低系统的动载荷。     

时变刚度和齿侧间隙非线性对齿轮系统振动的影响

建立包含时变刚度和齿侧间隙的单对齿轮系统振动模型,推导综合考虑时变刚度、齿侧间隙、传递误差等非线性因素的振动微分方程.运用四阶Runge-Kutta方法计算系统在无冲击、单边冲击和双边冲击状态下,系统参数、载荷参数对系统振幅及稳定性的影响.数值仿真表明:考虑时变刚度、齿侧间隙等非线性因素时齿轮系统具有复杂的振动特性.     

基于参数非线性的二级行星减速器扭转振动分析

为掌握多元非线性参数对二级行星减速器动态特性的影响,在综合考虑齿轮副之间的时变啮合刚度、综合传递误差、啮合阻尼以及齿侧间隙的情况下,基于集中参数法建立了减速器纯扭转振动模型,采用变步长的Runge-Kutta法求解系统动态响应,获得了各级内、外齿轮副之间的振动特性时域数据,以及动态啮合力.理论求解与实验结果最大误差值0.98,平均误差0.05,一级振动及动态啮合力大于二级;同级中太阳轮振动大于行星轮,内、外啮合齿轮副动态啮合力基本相当.频域分析显示:主要振频为齿频和啮频相互耦合所致;一级行星轮齿频为12.93Hz,接近第一阶主振频12Hz;二级啮频62.37Hz,接近第二阶主振频62Hz,成为系统前两阶激振源.     

圆柱齿轮修形的面齿轮传动系统动态特性

为提高面齿轮传动系统的性能,研究面齿轮传动系统中的圆柱齿轮修形技术,推导鼓形修形的圆柱齿轮齿面方程,建立包含修形量、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合相对误差、支撑刚度和阻尼等参数的面齿轮传动系统的动力学模型,应用Runge-Kutta数值积分法对系统求解。研究结果表明:抛物线系数变化将影响系统的动力学模型,当鼓形修形的抛物线系数从0~0.03变化时,系统的动态响应特性将由混沌响应变化到周期分岔响应,再变化到混沌响应。     

地基-非线性结构体系空间效应的主共振

为了揭示地基-非线性结构相互作用体系的动力行为，采用现代动力理论对体系的振动方程进行了定性分析。假定非对称结构的恢复力为双线性模型，地基土为集中参数模型，建立了地基-结构空间相互作用模型。采用多尺度法研究了地基-结构相互作用空间效应的主共振，得到主共振的定常解并讨论了其稳定性，通过算例得到了体系水平刚度与扭转刚度成某一关系时的振动特性与能量传递规律。     

单级齿轮传动系统非线性动力学特性分析

建立综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差等因素下的直齿轮副的单自由度非线性动力学模型,利用变步长Runge-Kutta法对单自由度运动微分方程进行数值求解.结合系统的分岔图、相图、Poincaré映射图以及FFT频谱图,分析系统在不同侧隙值下,啮合刚度变化时的动力学特性,得到系统的混沌运动形成过程.结果表明侧隙值影响到系统倍化分岔的临界值,而对系统的叉式分岔及其分岔值没有影响.     

弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振响应分析

基于建立的弹性地基不可伸长梁的非线性动力学模型,针对横向简谐激励下弹性地基梁的3次超谐共振响应进行研究,分析了主要参数对其非线性动力学特性的影响.利用多尺度方法,求得弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振幅频响应方程,进而得到梁的幅频响应曲线并分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值及边界条件等对梁非线性动力响应的影响.结果表明:三参数模型中第二弹性层促进梁动力响应软弹簧特性的发展,且该模型强化梁动力响应的非线性特性;外激励幅值对梁3次超谐共振响应的动力学特性有一定影响,引起骨架曲线初始偏移量的改变.     

转速及扭矩对啮合齿轮副非线性特性影响分析

综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙、啮合误差等因素,建立了两自由度直齿轮副非线性动力学模型.用4阶变步长Runge-Kutta算法对微分方程进行了数值求解,统计了迭代过程中轮齿啮合状态比例,研究了转速和扭矩对动态传递误差的影响.研究表明:随着转速增加,轮齿啮合状态发生变化,解释了动态传递误差的周期、混沌响应和误差幅值跳跃现象;随着扭矩的增大,出现跳跃现象的转速增加,幅值变化也增大,但轮齿冲击减少.     

Analysis of Helical Gear System Dynamic Response Based on Fuzzy Numbers

A non-linear dynamic model with the single degree of freedom of a helical gear pair introducing fuzzy numbers is developed. In this proposed model, time-variant mesh stiffness, which is a non-linear parameter, mesh damping and composite error of a pair of meshing tooth of the gear pair are all included. Mesh stiffness is calculated by expressing Bθ (τ) as a Fourier series. Π shape function is introduced as the membership function to characterize the fuzziness of the error. Fuzzy displacement dynamic response of the geared system at λ- level, which is a closed interval, is obtained by removing the fuzziness of the fuzzy differential equations and using Runge-Kutta numerical method. In fact, the fuzzy dynamic response and dynamic loading factor are all the interval functions related λ. The result obtained here can be used to the fuzzy dynamic optimization design course of the helical gear system. The main advantage of this method is to introduce the concept of fuzzy number for the first time to the a     

船用齿轮箱多体动力学仿真及声振耦合分析

基于多体系统动力学理论,综合考虑齿轮副时变啮合刚度、齿侧间隙、轴承支撑刚度等内部激励以及螺旋桨外部激励,建立了含传动系统及结构系统的船用齿轮装置多刚体系统动力学模型,计算了齿轮副动态啮合力及轴承支反力;对齿轮箱及支座进行柔性化处理,形成多柔体系统动力学模型,采用模态叠加法计算了箱体表面的动态响应.而后以多体动力学分析所得的轴承支反力频域历程为边界条件,建立了箱体声振强耦合分析模型,预估了齿轮箱表面声压及外声场辐射噪声.结果表明,齿轮副动态啮合力、轴承支反力以及箱体动态响应频域曲线的峰值均出现在齿轮副的啮合频率及其倍频处;仿真所得的箱体振动加速度及外声场辐射噪声与齿轮箱振动噪声试验台架实测结果吻合良好.     

齿轮传动系统随机振动模型与仿真

除考虑齿轮的齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应外,还考虑了由扭矩波动引起的低频外激励和齿轮阻尼比、齿侧间隙、激励频率、啮合刚度的随机扰动,根据牛顿定律建立了单对三自由度直齿齿轮传动系统的动力学方程.利用系统的分岔图、相图、时间历程图、Poincaré映射图、李雅普诺夫指数和功率谱图分析了齿轮传动系统在齿轮时变啮合刚度变化下的动力学特性,以及啮合刚度的随机扰动对系统动力学的影响.数值仿真表明,随着齿轮时变啮合刚度的增大,齿轮传动系统从周期运动通过倍化分岔通向混沌运动;在啮合刚度的随机扰动不是很大时,系统解的周期结构不会发生大的变化.     

船用齿轮传动的动态优化设计

考虑齿轮副的时变啮合刚度、啮合阻尼及轮齿的综合误差,建立了船用齿轮传动系统的动力学模型;将齿轮副接触线长度变化代替齿轮瞬时啮合刚度的变化,啮合阻尼和齿面摩擦等效为粘性阻尼以提高求解效率.并以齿轮的振动加速度和质量为目标函数,对船用齿轮传动进行多目标动态优化,有效降低船用齿轮的振动水平和质量.