胶印机齿轮传动系统动力学建模及优化设计

为了提高胶印机高速印刷条件下的动态特性,针对胶印机齿轮传动系统动力学问题,建立了多级平行轴齿轮传动系统动力学模型,并对其进行动态优化设计.首先,描述了齿轮传动系统的时变啮合刚度、静态传动误差、啮合阻尼、动态啮合力和滚动轴承刚度表达式,并利用集中参数法建立了多级平行轴齿轮传动系统动力学模型;然后,运用Runge-Kutta法对齿轮传动系统动力学方程进行数值求解;最后,采用序列二次规划法对齿轮系统进行参数优化,并对其进行齿廓修形.数值计算结果表明,优化后齿轮系统的动态特性在啮合刚度、单齿载荷、动态啮合力、动态传动误差和滚筒相对滑动速度方面都有提高,为解决胶印机高速印刷条件下动态特性不良问题开拓了一条新途径.     

差动调速风电机组传动系统的动态特性研究

基于考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、阻尼、综合啮合误差等参量的动态啮合力方程,建立了差动调速风电机组传动系统的纯扭转时变非线性动力学模型.在指定输入条件下,用SIMULINK仿真得到了主输入轴、副输入轴和输出轴对应齿轮的动态啮合力、啮合线上相对位移以及扭转速度曲线,并分析了动态啮合力曲线的频率分布.     

正齿轮传动的动载荷影响因素分析

本文用状态空间方法计算了各种单级和多级齿轮传动系统的动态特性,分析了齿轮参数和齿轮误差对传动系统动态性能的影响,并研究了多级齿轮传动系统中联接轴扭转刚度和各级齿轮啮合刚度相位排列对系统动态的影响,为高速齿轮设计提供了指导性的意见。     

弹性支承下的齿轮传动动力学仿真分析

为了准确得到齿轮传动系统动态特性，对传动轴进行离散处理.数值模拟齿轮啮合内部动态激励，采用改进的齿轮副动力学模型进行计算；同时，模拟各滚动轴承在润滑接触下的动态特性，考虑齿轮啮合时变特性、传动轴的弯扭耦合和支承弹性建立单级齿轮传动样机模型.仿真结果表明，支承条件不同会导致仿真结果差异较大，弹性支承更符合实际.     

非对称渐开线圆柱齿轮建模与扭转振动仿真

为研究非对称渐开线圆柱齿轮的动力学特性,在对传统的非对称齿轮扭转振动模型进行动力学等价变换的基础上,建立了基于虚拟样机技术的非对称齿轮动力学模型. 利用该模型,综合考虑齿轮啮合过程中时变啮合刚度和啮合阻尼的影响,进行对称及非对称齿轮振动特性的时域和频域分析,并与数值仿真和实验研究的结果进行比较. 结果表明:该模型仿真与数值仿真和实验研究的结果相吻合.     

行星齿轮传动的齿面动态磨损特性

针对动态载荷下行星齿轮传动系统齿面磨损问题,考虑了时变啮合刚度和齿廓磨损误差激励的影响,应用势能法求解齿廓磨损情况下的齿轮副啮合刚度,采用集中参数法建立了平移-扭转多自由度齿轮动力学模型,通过Newmar k-β时域积分法求解动态啮合力,基于变形协调原理确定齿间载荷分配系数,依据赫兹接触理论确定齿面接触压力分布,采用有限元方法等转角度离散齿面,基于Archard磨损公式建立了行星齿轮传动系统动态磨损数值仿真模型。通过算例,分析了不同磨损程度的啮合齿面接触压力分布,探讨了负载转矩和磨损次数对磨损的影响以及磨损深度与齿轮系统啮合刚度间的关系。仿真结果表明:磨损后双齿啮合区齿面压力呈"∧"形分布;磨损速率与负载转矩呈正比映射关系,与磨损次数呈指数映射关系;啮合刚度与最大磨损深度呈一次函数关系。该研究结果对行星齿轮传动系统的齿廓修形设计及减磨延寿具有一定的参考意义。     

考虑裂纹与磨损故障的齿轮传动系统动态特性分析

针对齿轮系统中同时出现裂纹与磨损故障时实现复合故障诊断较为困难的问题，提出了考虑齿廓磨损和齿根裂纹故障的齿轮传动系统动态特性分析模型。首先，基于Archard公式，建立齿轮传动系统磨损数值仿真模型，求解不同磨损周期下的齿廓磨损量；然后，通过势能法建立裂纹及磨损作用下的单齿啮合刚度计算模型，在双齿接触区考虑啮合齿对磨损量间的关系，结合变形协调，建立双齿啮合刚度计算模型；最后，采用集中质量法建立齿轮系统4自由度动力学模型，以含故障的时变啮合刚度为输入，使用Newmark-β法对动态响应进行求解，获得不同程度裂纹与磨损作用下的齿轮动态特性。实验结果表明：该模型能够较好反应复合故障中磨损与裂纹特征；与未考虑磨损后双齿区实际变形的裂纹与磨损复合故障模型相比，该复合故障模型双齿区刚度计算准确性提高了约22%,所提模型可为含磨损与裂纹的齿轮传动系统故障诊断提供有效的动力学补充。     

面齿轮副扭转振动建模与分析

面齿轮副在航空领域和汽车领域具有重要的应用前景。扭转振动问题是面齿轮副的核心问题之一。该文研究了面齿轮副扭转振动的建模与分析方法。建立了单输入单输出面齿轮副扭转振动模型,该模型包含非对称时变啮合刚度、间隙非线性、静态传动误差等因素。基于加载接触分析,提出面齿轮副扭转啮合刚度的计算方法,并对某型面齿轮副的非对称时变啮合刚度进行了计算。通过与Abaqus有限元动力学计算结果进行对比,验证了扭转振动模型的有效性。基于所建立的模型,分析了面齿轮副设计状态时的动态特性,研究了啮合刚度、啮合间隙、静态传动误差、扭矩波动等因素对面齿轮副动态特性的影响,以及面齿轮副蕴含的非线性动力学响应。结果表明:所提出的面齿轮副扭转振动建模方法是有效的,所建立的模型能够用于研究面齿轮副的啮合特性、动态特性,指导以及校核面齿轮副的设计。     

变转速风电行星齿轮传动系统动力学特性

针对风力发电机变转速工况,采用集中质量参数法建立了变速风电行星齿轮传动系统的动力学模型,通过傅里叶级数将时变啮合刚度转化为啮合频率的函数形式,根据仿真的线性升速曲线,分析了变转速对齿轮副时变啮合刚度的影响,并利用龙格库塔法求得了传动系统中各齿轮的动态响应.在此基础上,对风电齿轮箱试验台升速过程测试信号进行分析,验证了所建变转速风电行星齿轮传动系统动力学模型的有效性.     

多级平行轴滚筒齿轮数学建模及动力学分析

为了提高胶印机运行稳定性和印刷效率,针对齿轮传动系统动力学问题,建立多级平行轴滚筒齿轮数学模型,利用数值解分析系统动力学特性.在合理简化基础上,用数学公式描述滚筒齿轮的动态啮合力、啮合刚度、啮合阻尼、静态传动误差、等效轴承刚度和等效质量.基于集中参数法建立多级平行轴滚筒齿轮动力学模型,利用Newmark-β法求解系统控制方程.最后,从动态啮合力、角速度两方面与ADAMS模拟仿真结果做对比,验证了所建数学模型的计算精度,分析了加速度随转速的变化趋势,并研究螺旋角、压力角对啮合刚度波动的影响.数值结果显示,加速度随转速的提高而增大,在7 000,11 000,16 000 r/h转速下出现峰值;当螺旋角为10°、压力角为16°时,啮合刚度标准差较小.所建数学模型能够为滚筒齿轮系统动态特性的改善提供理论支持和分析方法.     

仿真技术在减速器设计中的应用

从齿轮传动的基本原理出发,系统地分析了齿轮传动系统的动力学模型,提出了基于齿轮副接触算法的动力学仿真模型.利用仿真软件建立了减速器虚拟样机模型,综合考虑了多种影响因素.计算结果很好地反应了实际的齿轮啮合接触行为,所使用的仿真方法及得到的分析结果对减速器的工程设计及性能校核具有参考价值和指导意义.     

大功率风电增速器的多目标优化设计

针对风电增速器的动态性能优化问题,以某型号大功率风电增速器齿轮传动系统为研究对象,采用双参数威布尔分布函数作为随机风速来模拟随机风速下的外部激励,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了两级行星一级平行轴的大功率风电增速器动力学模型,研究其传动系统的动力学特性。在此基础上,以传动系统体积最小和构件扭转振动加速度振动幅值最小为优化目标,以可靠性和强度等为约束条件进行多目标动态优化设计,优化结果表明:优化后的风电增速器齿轮传动系统不仅实现了轻量化,而且在保证系统可靠度的前提下动态性能也得到了有效改善,达到了减振降噪的目的。     

起升动载激励下岸桥起升传动系统动态特性

为研究岸桥起升传动系统在起升复杂工况下的动态特性,建立了起升机构的动力学模型,模拟了传动系统所受的起升动载.考虑传动系统中齿轮副的时变啮合刚度和支撑刚度,建立了起升传动系统平移-扭转耦合的动力学模型,得到了电机从启动到匀速最后减速到停止的起升过程中传动系统各构件的振动响应,并对不同阶段的啮合力进行了频域分析.研究表明,传动系统各构件的扭转振动与起升动载有相同的变化趋势,且由于起升速度的变化,加速和减速阶段的啮合力频谱出现了边频带现象.     

高阶椭圆锥齿轮的传动模型与干涉检查的运动仿真

高阶椭圆锥齿轮是一种典型的非圆锥齿轮传动形式。以空间传动的啮合原理为基础,建立了该锥齿轮传动的空间球面啮合坐标系。分析了节曲线、齿廓及啮合线之间的变化关系;运用空间坐标变换的矩阵法创建了该齿轮的齿面方程。对该非圆锥齿轮的传动比、模数及齿数等基本参数进行了设计,详细分析了偏心率对相关参数的影响变化关系及其规律。应用离散数值法及三维软件,建立了该非圆锥齿轮齿廓的数学模型及虚拟实体模型,并进行了运动仿真及干涉检查。获得了该非圆锥齿轮齿形的设计计算及生成方法,通过实验验证了该方法的正确性。     

盾构机刀盘驱动多级行星轮系的动力学特性

为揭示盾构机刀盘驱动多级行星轮系的动力学特性,考虑到各级之间由于初始啮合位置的不同使啮合刚度和啮合误差均产生相位差,以及各构件支承刚度、时变啮合刚度、啮合误差等影响因素,建立了盾构机刀盘驱动多级行星轮系纯扭转动力学模型并进行了动力学特性分析。固有特性分析表明,多级行星传动系统较单级传动系统呈现出独特多样的振动模态;通过动态响应分析,获得了各级传动动态啮合力的时域及频域响应。结果表明,中、高速级传动的激振力频率较系统的固有频率相近,易引起系统的谐振,应在设计中特别注意。并求得各级传动的动载系数,为该行星轮系的动态优化设计奠定了基础。     

多齿根裂纹对齿轮传动时变啮合刚度的影响

时变啮合刚度是影响齿轮传动振动特性的重要参数,常用于基于振动的齿轮传动裂纹诊断。为深入研究齿轮裂纹诊断问题,旨在研究齿根裂纹对齿轮传动装置时变啮合刚度的影响。首先,基于齿轮所受转矩和啮合齿轮转角变形量,推导出齿轮传动装置的时变啮合刚度理论模型。然后,以渐开线标准直齿圆柱齿轮为对象,建立含齿根裂纹齿轮传动副有限元模型,提出基于有限元方法的齿轮传动时变啮合刚度计算方法。最后,通过数值算例讨论了一个啮合周期内齿根裂纹对单对轮齿啮合和两对轮齿啮合时啮合刚度的影响。结果表明,两对轮齿啮合时,双裂纹参与啮合不仅降低啮合刚度,而且远大于单裂纹对啮合刚度的影响;与单裂纹参与啮合相比,随着双裂纹的裂纹深度增加,啮合刚度的下降率增大;增加裂纹深度时,两对轮齿啮合时啮合刚度峰值与单裂纹单对齿啮合时啮合刚度峰值的差距缩小;组合裂纹参数下两对轮齿啮合时,因为轮齿参与啮合顺序不同,裂纹深度对齿轮啮合刚度的影响明显不同。研究结论可为基于振动特性的含多裂纹的齿轮传动裂纹诊断提供理论支撑。     

基于积分模型的斜齿轮转子系统振动特性分析

为了模拟工程应用中斜齿轮转子系统的动力学特性,考虑齿轮齿面刚度分布场、传递误差分布场、啮合过程中啮合刚度、摆动刚度和刚度中心等参数,建立了通用的斜齿轮集中质量模型.将该模型与转子系统有限元模型进行了耦合,得到了斜齿轮转子系统有限元模型.最后,以一对斜齿轮转子系统为例,分析了该系统的振动响应特性.研究结果表明:该模型能够有效精确地模拟齿轮之间的啮合.通过对啮合力响应进行傅里叶分析,表明齿轮1倍啮合频率对系统响应影响最大,而其他频率对系统振动响应影响较小.     

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.     

重合度对直齿行星齿轮传动的影响

建立了单级2K-H渐开线行星齿轮传动的集中质量参数型振动模型，将齿轮啮合的刚度近似等效成时变分段线性的弹簧刚度．分析了系统因时变啮合刚度激励而引起的稳态振动．得出了在2K-H渐开线行星齿轮的传动中，齿轮的动载荷与齿轮间的重合度相关；在无阻尼状态下太阳轮一行星轮的动态啮合力小于行星轮一内齿圈的啮合力．