机械变速器换档的接合过程建模及特性分析

接合套和接合齿圈的接合过程是影响机械变速器换档品质的关键阶段。针对在接合过程中,当接合套和接合齿圈在齿端倒角处接触时碰撞发生,其相对速度会发生突变,相应的耦合关系及动力学方程也会发生改变的现象,为了得到机械变速器整个接合过程的精确数学模型和特性,运用多体动力学理论和混杂系统方法建立了描述接合过程的混杂自动机模型。在该模型中,用3个微分方程组描述接合过程中接合套和接合齿圈在不同耦合关系下的动力学特性;引入泊松恢复系数,建立了4个差分方程组描述碰撞过程接合齿圈转速、接合套轴向运动速度和转速产生的突变。基于该混杂自动机模型,在MATLAB环境下进行了仿真分析,得到了接合过程中接合套和接合齿圈的轨迹、接合时间和最大冲击,分析了换档力、接合套相对接合齿圈的初始转速和位置对接合性能(时间和最大冲击)的影响。研究结果表明:接合套和接合齿圈的相对位置对接合时间和冲击有显著影响;当接合套和接合齿圈的转速差在一定范围内时,接合时间较短,过大的转速差则会使接合时间呈指数上升;接合套和接合齿圈的转速差越大,冲击越大;增大换档力可缩短接合时间,但会增大冲击。在设计机械式自动变速器的控制系统时,应根据机械变速器换档过程的特性,选取最佳的换档力、相对转速、相对位置作为控制参数,进而缩短动力中断时间,减小换档冲击。     

基于滑套位置角的无同步器变速器换挡过程非线性动力学特性研究

为了分析无同步器电驱动两挡机械自动变速器系统中,滑套和接合齿圈的动力学特性对换挡过程的影响,定义了滑套位置角来判定滑套与齿圈具体的碰撞情况.建立了滑套和齿圈的非线性动力学模型,通过考虑啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙以及静态误差等非线性因素,建立了换挡过程的动力学模型.通过与有同步器模型的仿真对比,证明了无同步器AMT系统的优势.最后,通过仿真分析不同大小轴向推动力对换挡过程的影响,得到150 N为较为合适的轴向推动力.此分析方法可为选取合适的轴向推动力和AMT系统在工程中的应用提供参考.      

少齿差行星减速器非线性耦合振动研究

以少齿差行星减速器为研究对象,综合考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、齿侧间隙及轴承支撑刚度和阻尼等因素,采用集中质量法建立了弯-扭耦合8自由度非线性振动模型,运用四阶五级的RKF法对动力学方程进行求解;研究了减速器的非线性耦合振动,并进行实验分析对比.结果表明:双联齿轮振动位移和速度最小,固定齿轮扭转角位移和角速度最小,且扭转方向比y方向的振动平缓;固定齿轮、输出齿轮振动为近混沌状态,双联齿轮振动复杂为混沌运动状态;齿轮动态啮合力和轴承动载荷均呈现周期性.该耦合动力学模型仿真结果与实验测试结果基本符合.     

齿轮箱耦合系统三维接触非线性动态特性仿真

针对现有齿轮传动系统动力学模型和研究方法的不足,提出了基于完全弹性体的齿轮传动系统动态分析方法.以某型船用齿轮箱传动系统为研究对象,基于显式动力学有限元法,考虑部件之间的耦合作用建立了箱体-轴承-斜齿轮副三维动态接触非线性模型.对整体齿轮箱传动系统进行了动态仿真,得到了关键部件的动力学特性,并与非耦合模型动态性能仿真结果进行比较.结果表明:滚动体与齿面应力呈不均匀分布,部件间的耦合作用加剧了齿轮箱的冲击效应.最后采用赫兹线接触理论进行了验证.     

齿轮箱耦合系统三维接触非线性动态特性仿真

针对现有齿轮传动系统动力学模型和研究方法的不足,提出了基于完全弹性体的齿轮传动系统动态分析方法.以某型船用齿轮箱传动系统为研究对象,基于显式动力学有限元法,考虑部件之间的耦合作用建立了箱体-轴承-斜齿轮副三维动态接触非线性模型.对整体齿轮箱传动系统进行了动态仿真,得到了关键部件的动力学特性,并与非耦合模型动态性能仿真结果进行比较.结果表明:滚动体与齿面应力呈不均匀分布,部件间的耦合作用加剧了齿轮箱的冲击效应.最后采用赫兹线接触理论进行了验证.     

时变摩擦系数对准双曲面齿轮动力学行为的影响

建立了考虑时变摩擦系数和润滑状态的准双曲面齿轮14自由度非线性动力学模型。提出了准双曲面齿轮混合弹流润滑摩擦模型,反映了齿轮传动系统的润滑状态,即齿面啮合既有润滑油膜接触又有粗糙峰接触的混合状态。在混合弹流润滑状态下,对时变摩擦系数对齿轮系统动力学行为的影响作了深入分析。通过载荷承载系数求出啮合线上各接触点瞬时摩擦系数并带入系统动力学方程中,考察了齿轮系统动态啮合力和传递误差变化趋势,对比了恒定摩擦系数和时变摩擦系数对齿轮动态响应的影响。不同载荷和速度下的仿真结果表明,时变摩擦系数对准双曲面齿轮系统动力学行为具有轻微的影响。     

考虑齿圈柔性的行星传动系统固有特性与灵敏度研究

为有效地模拟行星齿轮传动系统齿圈结构柔性,采用有限元方法建立了齿圈结构模型,依据啮合力与内齿圈的变形协调关系建立了传动系统刚-柔耦合动力学模型,求解了系统固有频率与振型,阐述了耦合系统固有频率的分布规律,依据系统振动特征,将系统振型划分为6种振动模式。计算了系统刚度对各阶固有频率的灵敏度,可作为行星传动系统振动抑制的依据,分析了系统扭转振动随太阳轮扭转刚度和太阳轮与行星轮啮合刚度的变化规律,讨论了齿圈厚度对系统固有频率分布、子系统耦合阶次与振动模式的影响,发现系统固有频率均会在齿轮子系统扭转振动频率位置出现,但随着齿圈厚度的增加,与之耦合的齿圈振动模式则逐渐由高阶节径振动逐渐降低,系统一阶振型也会由齿圈节径振动模式转变为齿圈刚体振动模式。     

电动汽车无同步器变速器换挡过程主动对齿控制

无同步器电机-变速器直连系统在电动汽车应用中具有传动效率高、结构紧凑、制造成本低的优点,但是在变速器换挡过程中,接合套和接合齿圈的同步过程缓慢,甚至存在打齿或无法换挡的情况。该文通过对驱动电机转矩的主动控制,实现接合套与接合齿圈之间相对转速和相对转角的"零转速差"和"零转角差"双目标跟踪控制。为了避免驱动电机主动同步控制过程中由于频繁在驱动与制动象限内切换造成的齿间敲击,提出了以驱动电机工作象限切换次数最少为目标的最优转矩主动对齿控制算法。实车测试表明:主动对齿控制算法能够实现快速、平稳换挡,并将换挡过程的动力中断时间缩短到300 ms内。     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

电机-变速器直连系统换挡过程建模及仿真

相比于有离合器的电机-变速器耦合系统,电机-变速器直连系统的特性发生了变化,需要对其换挡过程的特性作深入分析,并与有离合器系统进行比较。该文运用多体动力学和混杂系统理论建立了电机-变速器直连系统换挡过程的混杂自动机模型,分析了在不同换挡力、接合套和接合齿圈相对角度和相对转速下,直连系统换挡品质的变化。通过与有离合器系统进行对比发现,通过电机的主动同步和对换挡力的控制,直连系统的换挡品质可以优于有离合器系统。     

修形渐开线斜齿轮啮入冲击计算

为更精确计算修形渐开线斜齿轮的啮入冲击力,提出了一种修形渐开线斜齿轮啮入冲击力的计算方法。基于齿面接触仿真,建立了综合考虑齿面修形和负载变形引起的基节差条件下未发生边缘接触时的齿轮副齿面-齿面接触仿真模型,以及发生边缘接触时的齿轮副顶点-齿面接触仿真模型,计算了修形斜齿轮啮入冲击位置随负载在修形齿面齿廓和齿向两个方向上的变化结果,并根据轮齿接触瞬时的能量守恒原则来求解啮入冲击力。基于提出的啮入冲击力计算方法和遗传优化算法建立了齿面修形优化设计模型,结合算例完成了啮入冲击力最小的齿面修形优化设计。研究结果表明:转速和负载对啮入冲击力产生较大的影响,在设定的载荷范围内,修形齿轮副啮入冲击力得到了有效减小;齿轮副边缘接触会导致啮入冲击力迅速增大,修形设计中应避免。     

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。     

多参数耦合下湿式换挡离合器滑摩特性

以某车辆的湿式换挡离合器为研究对象,分析多参数耦合下湿式换挡离合器的滑摩特性.基于多体动力学和Hertz接触理论,在ADAMS软件中建立和验证离合器动态分析模型,仿真研究接合油压、摩擦副主、从动件初始转速差、摩擦因数,以及摩擦片刚度等因素对湿式换挡离合器滑摩特性的影响规律.结果表明:适当提高接合油压,增大摩擦因数、摩擦片刚度和摩擦副主、从动件初始转速差,可以有效改善湿式换挡离合器滑摩特性.     

齿轮传动非线性动力学键合图建模研究*

考虑齿轮时变啮合刚度、传动误差和齿面摩擦力,研究运用键合图理论建立齿轮传动非线性振动键合图模型。建立用容性元件c表示的载荷和轮齿弹性变形的键合图模型,给出用时变啮合刚度表示的容度参数Kj;提出在齿轮传动动力学建模中用流源Sf表示传动误差,并给出建模方法;考虑相对运动速度与摩擦力方向的关系,建立齿面摩擦力键合图模型。根据因果关系和功率流,得到齿轮传动非线性键合图模型的状态空间方程。结果表明键合图建模理论与方法可以用于解决齿轮非线性动力学的建模问题,研究工作是系统动力学建模研究的基础性工作。     

基于ADAMS的多级齿轮传动系统动力学仿真

为了建立多级齿轮传动系统的虚拟样机，在对传统的齿轮副扭转振动模型进行动力学等价变换的基础上，提出一种基于ADAMS的动力学仿真方法．利用该方法建立的模型能综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿啮合综合误差、原动机和负载的动态输入、齿对啮合相位以及传动轴扭转柔性，仿真多级齿轮传动系统的动态特性，通过实例仿真研究了各因素对系统动态响应的影响规律，结果表明该方法是可行的。     

同步器换挡过程动力学建模分析与实验

针对同步器同步机理数学模型欠准确、仿真模型精度低等问题,提出了同步器接合过程的油膜压力、微凸体接触压力、同步环承载力及同步力矩的计算模型;利用Simulink和AMESim仿真平台构建同步器接合过程动力学仿真模型,分析了同步器换挡过程的换挡力、同步力矩、换挡位移、输入转速的变化规律;运用同步器换挡性能实验台验证了仿真模型的有效性。实验结果表明:各换挡工况的同步冲量和换挡功仿真与实验结果一致性较好,同步冲量最大误差为6.25%,换挡功最大误差为9.1%,说明同步器动力学仿真模型计算精度得到了明显提高。     

风机齿轮箱非线性动力学建模研究

为了能够建立贴近实际齿轮箱振动特点的模型,该文通过齿轮-轴-轴承非线性动力学的研究,利用simulink仿真建立了齿轮传动过程中振动的模型.该模型包括了常见的齿轮及轴承故障,对于研究故障的产生发展机理有着重要作用,其在工程应用中的意义重大.     

变速箱齿轮啮合动力学的数字仿真

变速箱中齿轮传动过程通常分为单齿为啮合区和双齿对啮合区,为了详细研究这一齿轮传动力学过程,在给出双齿对啮合动力学方程的同时,引入了时间系数并制定了算法使其离散化,建立了双齿对啮合的动力学仿真模型。     

行星齿轮传动柔性齿圈齿根动应力计算及光纤光栅检测方法

为有效提取行星齿轮传动系统柔性齿圈齿根动应力,综合考虑系统动力学特性,提出了一种内齿圈动应力的计算方法。在计算中,计入行星齿轮传动系统各部件的耦合关系,建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型,提取系统动载荷时域历程。采用有限元方法建立齿圈结构动力学分析模型,将内齿圈各轮齿啮合区划分出n条接触线,并用轮齿承载接触分析(LTCA)方法确定齿间载荷分配关系。运用模态叠加法对内齿圈动力学方程解耦,采用Newmark-β法逐次积分,计算了不同载荷下内齿圈齿根动应力。与Kahraman等仿真算法以及实验结果对比,结果表明:齿根应变在一个啮合周期中,经历了单齿受压、双齿拉压以及单齿受拉3个波动过程,与光纤光栅检测结果一致,并且在不同负载下,测量误差均小于10%;行星轮与内齿圈啮合至支撑位附近时,在支撑位置两侧形成反向对称变形趋势,应力呈现出对称分布,行星轮啮合位置远离内齿圈支撑位时,啮合位置应力明显增大,齿槽结构对齿圈齿根应力影响显著。     

直齿轮纯扭转模型弹性动力学分析

为研究非线性因素对直齿轮纯扭转模型弹性动力学的影响,根据达朗贝尔原理,采用微位移思想,建立4自由度直齿轮纯扭转动力学模型.首先,通过Runge-Kutta法结合时间离散法求解系统在齿轮啮合误差、时变啮合刚度和啮合间隙等非线性因素影响下的时变方程,得到系统振动的响应以及对应频谱图.其次,结合非线性特性分析理论,通过改变系统的啮合刚度、激励频率和齿侧间隙,获得系统动态响应的全局分岔图和最大Lyapunov指数.然后,综合运用时间历程曲线、相空间轨线、Poincáre映射图和功率谱,定量和定性分析系统的周期运动、拟周期运动和混沌运动.最后,考虑非线性因素耦合作用对系统的影响,为齿轮传动系统的非线性特性分析提供一套较为完整的方法.