直升机用双速传动系统高速挡动力学建模与特性分析

直升机采用双速传动系统可以提高其机动性和燃油经济性.针对双速传动系统高速挡,采取集中参数法建立了双速传动系统高速挡六自由度动力学模型,并运用龙格-库塔法对该非线性系统进行数值求解.研究了摩擦离合器的静摩擦系数和摩擦梯度对摩擦离合器接合特性、传扭特性以及齿轮传扭特性的影响.研究结果表明,负摩擦梯度导致系统失稳;增加静摩擦...     

直齿圆柱齿轮传动系统的振动分析计算

研究了由齿轮、轴和轴承所组成的齿轮传动系统的扭转振动和横向振动,建立了该系统的振动数学模型和运动方程式,用模态分析法和状态空间法相结合的方法求解了该系统的多自由度时变非线性微分方程,并通过对反映系统动态特性的齿轮动载系数和振动加速度均方根值的计算,对系统作了动态分析.     

超越离合-单行星传动系统的建模及非线性特性

在考虑间隙、时变啮合刚度和综合传动误差的基础上,建立了超越离合-单行星传动系统的非线性动力学模型,设计了评价该系统的综合性能指标;通过对系统分岔与混沌特性的研究,揭示了系统响应随激励频率变化时所经历的倍周期分岔、准周期分岔和阵发分岔等通向混沌分岔路径共存的复杂分岔路径,体现了超越离合-单行星传动系统非线性动力学行为的复杂性态;总结了离合器参数对系统各项性能指标的影响规律,为相关设计和优化提供了理论依据.     

考虑动载荷与动态磨损系数的直齿轮传动系统动态磨损特性

为揭示齿轮传动系统齿面动态磨损特性,通过Weber–Banaschek公式计算获取啮合齿轮对的时变啮合刚度,基于此建立包含非线性齿侧间隙和内部误差激励的齿轮传动系统运动学方程,计算获得系统轮齿啮合时载荷沿啮合线的动态变化规律。根据齿面粗糙度和当前啮合点最小油膜厚度,建立齿面动态磨损系数的表达式。以轮齿的起始啮合点和最终啮合为区间,将渐开线齿廓进行离散化处理,建立离散化的齿面动态磨损模型并对其进行特定参数下的仿真计算。研究结果表明:由于动载荷、动态磨损系数和滑移速度等参数的影响,主从动齿轮齿面累积磨损量沿渐开线齿廓呈现非均匀分布,节点处最小,齿顶处最大;小齿轮的齿面磨损程度比大齿轮更严重;当传动比和模数变化时,齿面累积磨损量均存在变化趋势明显的敏感区域。     

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。     

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。     

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.     

车辆多级行星传动系统强迫扭转振动与动载特性

针对某车辆行星传动系统,以发动机动态转矩为激励,采用集中参数法建立纯扭转强迫振动模型,利用拉格朗日方程建立系统微分方程并进行求解。分析了各部件在同一档位的振幅特性,得出不同部件的振动特点。研究了不同档位下行星排的振动,得出行星排在空载与受载时扭振的差异。最后对行星排啮合力波动量和动载荷系数进行计算,为行星传动系统设计和动态分析提供了依据。     

新型自减振行星传动系统动态特性分析

为了改善内、外部激励下机电传动系统的动态响应特性,提出一种新型自减振行星传动形式:TVD-PG(torsional vibration damper and planetary gear)传动系统,采用扭转减振装置取代传统行星齿轮中某一构件与箱体固连的方式.考虑传动轴扭转变形和行星齿轮时变啮合刚度,建立电机和适用于变速工况下的TVD-PG传动系统的耦合动力学模型.仿真分析了TVD-PG传动系统在启动和稳定工况时的动态响应特性,并与传统的行星齿轮传动方式进行对比.结果表明:在启动阶段,TVD-PG传动系统可快速减小电机电磁转矩波动,使电机和输出端转速快速平稳上升,同时改善了启动和稳定工况下行星齿轮系统的动态啮合力状况.由于机电耦合作用,在系统稳定时可清晰观察到齿轮系统内部激励参数对电机部分的影响.     

齿轮减速器-高速凸轮系统动力学建模与仿真

为了研究电机、齿轮减速器和凸轮机构组成的高速凸轮系统的影响因素,建立了考虑电机、齿轮刚度激励和误差激励、齿轮轴刚度、凸轮从动件刚度等的集中参数动力学模型.将啮合线上的啮合刚度和阻尼等效为扭转刚度和阻尼.利用Adams软件对动力学模型进行了参数化分析仿真.结果表明:凸轮的转动惯量对于从动件响应影响较大,凸轮转动惯量增大10倍时,从动件响应约滞后18％,且受外界干扰小;由于凸轮惯性载荷所占比例较大,所以稳定外部载荷对凸轮影响不大,有负载时比空载时,从动件的响应约滞后3ms;冲击载荷对系统影响较大;齿轮啮合刚度、轴刚度对小功率场合的凸轮从动件影响不大.     

基于啮合特性的人字齿轮动力学建模与分析

利用人字齿轮啮合特性的分析结果,准确计算人字齿轮轮齿时变啮合刚度激励和误差激励。根据齿轮啮合冲击模型,计算人字齿轮啮入冲击激励。根据人字齿轮的均载传动特性,综合考虑上述3种激励,利用集中参数理论建立人字齿轮12自由度弯曲—扭转—轴向变形耦合的三维空间动力学模型。应用牛顿第二定律,建立系统的振动方程,对方程进行消除刚体位移和量纲归一化处理。采用变步长四阶龙格库塔法(Runge-Kutta)求解,得到系统的振动响应和动态特性。结果表明:人字齿轮动力学模型的建立、求解和分析为其动态设计奠定了基础。     

齿轮副非线性接触特性与动力学耦合分析方法

为了更深入地研究齿轮副非线性动力学现象的产生机理,提出了一种高效的齿轮副瞬态接触特性与动力学耦合分析方法。该方法考虑齿轮接触特性与系统振动之间的交互作用,将齿轮副动态承载接触分析(DLTCA)和系统动力学分析进行耦合,形成了系统“激励-响应-反馈”闭环动力学分析流程。研究发现,振动位移的反作用会改变齿面动态接触状态,影响动态啮合刚度和综合啮合误差等振动激励。在共振区附近,振动位移的增大可能会使齿面出现完全脱啮,产生响应幅值跳跃等非线性现象。增加啮合阻尼和螺旋角均会使系统非线性特性减弱直至消失。该方法可计入齿面误差、修形、齿侧间隙等多因素的影响,并通过试验进行了验证。结果表明,该方法能够更真实地模拟齿轮副动态啮合过程,可作为现有齿侧间隙非线性动力学的有效补充。     

兆瓦级风力机齿轮传动系统动力学分析与优化

对1.5 MW风力发电机齿轮箱传动系统进行耦合振动分析,建立了风力机增速箱齿轮传动系统的扭转振动模型.利用4阶Runge-Kutta法计算了系统在风载、轮齿时变啮合刚度和系统阻尼共同作用下的动态响应,并利用谐波平衡法求出了系统的解析解,从而得到了优化设计目标函数的解析表达式.在此基础上,建立了以行星轮扭转振动加速度幅值最小和传动系统总质量最轻为目标的优化设计数学模型,利用MATLAB优化工具箱进行优化求解.实例计算表明,优化设计后传动系统的低阶固有频率明显提高,动态性能明显改善,重量减轻.     

电动汽车两挡自动变速器噪声分析与优化

基于某款电动汽车两挡自动变速器,以齿面载荷分布和齿轮传递误差为优化目标,对比分析齿轮微观修形对电动汽车两挡自动变速器振动噪声的影响.建立电机转子-变速器刚柔耦合动力学模型,以变速器轴承处的振动加速度为激励,计算变速器在额定工况下的近声场辐射噪声云图和辐射声功率.结果表明,齿轮修形后变速器辐射噪声得到较好抑制,对指导变速器的优化和降低变速器的振动具有参考意义.     

考虑变位系数的直齿轮啮合特性分析

使用有限元方法研究直齿轮传动的啮合特性.基于APDL建立变位直齿轮副参数化有限元模型,采用显式动力学分析软件LS-DYNA对齿轮副啮合过程进行数值仿真,得到齿轮啮合产生的动态接触力以及动态传递误差,研究了齿轮变位系数对于齿轮啮合特性的影响,将动态传递误差与静态传递误差进行对比,分析了二者产生差异的原因.研究表明不同变位系数下,啮合频率都是主要的频率成分,其他频率成分的幅值受到变位系数的影响,接近固有频率的倍频幅值较大.静态传递误差与动态传递误差在时域和频域上都存在较大区别.     

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.     

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。     

啮合角变化的斜齿行星齿轮系统的动力学建模与分析

当考虑轴承变形时,各齿轮中心位置将发生偏移时,从而使啮合副的啮合角发生变化。传统的行星传动系统动力学建模时,为了降低建模的复杂程度,将啮合角视为常值,因此,所建立的动力学模型不能反映啮合角和重合度变化对系统动态特性的影响。为了分析啮合角对斜齿行星传动系统动态特性的影响,采用齿轮的实际中心位置坐标表示齿轮副的啮合角,建立了一种新的啮合角变化的斜齿行星传动系统动力学模型,并利用Matlab求解计算系统的运动微分方程,得到的系统动态响应。仿真分析结果表明,啮合角变化对行星齿轮系统动态特性有明显的影响。