计及齿面摩擦的高功率密度齿轮传动效率分析

为考察齿面摩擦对高功率密度齿轮传动效率的影响,提出了一种基于虚拟样机方法的齿轮传动效率预测及动特性分析方法.考虑齿轮和转轴的柔性变形、齿轮时变啮合刚度,建立齿轮、转轴、轴承的柔性多体动力学模型,通过求解动力学方程得到齿轮传动系统的传动效率和动特性,并分析了齿面摩擦对直齿轮、斜齿轮、人字齿轮传动系统传动效率、动态特性的影响规律.结果表明:随着齿面摩擦系数的增加,接触应力增加,动态切向摩擦力变大;在高速工况下,人字齿轮接触应力最小,但传动效率高于斜、直齿轮.     

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。     

太阳轮偏心误差对人字齿行星传动动态特性影响

以人字齿行星齿轮为研究对象,考虑人字齿轮实际结构,基于集中参数理论,建立计入各个构件轴向振动的人字齿轮行星传动广义动力学模型,建模中考虑制造偏心误差和齿廓误差、轴承支撑刚度、轮齿时变啮合刚度和陀螺效应等影响因素.该模型可用于具有不同类型制造误差和任意数目行星轮的人字齿行星传动振动性能分析.采用数值算法求解系统受迫振动响应,分别分析了时域和频域动态响应.以太阳轮制造偏心误差Es为例,着重研究Es对人字齿行星传动动态特性影响规律.结果表明:制造误差Es增强了人字齿行星传动系统中的动态响应以及动态啮合力的波动.     

人字齿轮装夹位姿误差对人字齿轮铣齿精度的影响

针对人字齿轮铣齿加工过程中存在装夹位姿误差影响人字齿轮加工精度的问题,基于平面包络理论和齐次坐标变换,建立含人字齿轮装夹位姿误差的人字齿轮铣齿数学模型,依据齿轮标准ISO1 328-1—1995建立齿轮精度评价的理论模型。分别研究了人字齿轮装夹偏心误差、倾角误差、偏心误差和倾角误差的耦合作用这3种情况下对齿轮的齿廓误差、齿向误差、齿距误差的影响规律,得到齿面误差的敏感项。最后进行人字齿轮铣齿实验,实验结果验证了人字齿轮装夹位姿误差对人字齿轮铣齿精度的影响规律的正确性。所得规律及其研究办法有助于人字齿轮铣齿误差辨识、误差补偿和加工精度的提高。     

风电齿轮箱人字行星传动的动态分析

基于齿轮系统动力学和Lagrange方程建立了人字行星齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学计算模型,并进行动态分析,分析结果对人字行星齿轮传动系统的设计有指导意义。模型中将人字齿轮当作2个斜齿轮来处理,考虑了左右端斜齿轮之间的交错角,轮系的弹性耦合和负载惯性。通过计算获得系统均载系数关系曲线,进而分析左右端斜齿轮之间的交错角和耦合扭转刚度对其的影响。分析结果表明:在左右端斜齿轮之间的交错角为π/2时,两端的均载效果最好;同时左右端斜齿轮之间的耦合扭转刚度对均载的影响不大。     

考虑制造误差的人字齿行星传动均载特性

以人字齿行星齿轮传动系统为研究对象,基于齿轮系统动力学理论和牛顿运动定律,考虑各构件制造偏心误差和齿廓误差、时变啮合刚度、轴承支承刚度以及陀螺效应等因素,运用集中参数法建立考虑人字齿轮实际结构特点的该型传动弯-扭-轴耦合动力学模型;通过计算在不同浮动方式下的系统均载系数,获得太阳轮偏心误差以及齿廓误差与系统均载系数关系曲线,进而分析在不同浮动方式下制造误差对人字齿行星传动均载特性的影响;同时对比分析在有太阳轮浮动和非浮动情况下,太阳轮的径向浮动能力。研究结果表明:制造误差和构件浮动对人字齿行星传动均载性能有显著的影响,构件浮动可以明显地改善系统均载特性,并且系统均载系数随制造误差的增加而增大;与非浮动情况相比,浮动太阳轮时太阳轮中心径向位移量明显较大,提高了太阳轮浮动能力。     

280 轧机人字齿轮润滑油情况分析及用油的选择

280 轧机长期超负荷使用,设备老化程度严重,针对老化设备进行分析,发现老化的主要问题是轧机的关键部件之一齿轮机座的人字齿轮表面润滑不好,点蚀严重,这直接影响人字齿轮的使用寿命;对人字齿轮的润滑状态进行分析,并通过计算确定 280 轧机人字齿轮可选用200-250号极压齿轮油.     

啮合刚度及阻尼对人字齿轮振动特性的影响研究

为研究啮合刚度和阻尼对人字齿轮振动特性的影响,建立了人字齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,推导出相应的运动微分方程,利用Matlab求解获得了系统的动态响应。结果表明,齿轮啮合线上的振动加速度和轴向振动加速度大于齿轮横向振动加速度,是引起齿轮振动和噪声的主要原因。啮合刚度对横向、轴向和啮合线方向振动均有影响,刚度波动量主要影响横向和啮合线方向的振动,啮合阻尼主要影响啮合线方向上的振动。故增大啮合刚度、减小刚度波动量或增大阻尼可有效降低人字齿轮传动的振动和噪声。     

燃气轮机齿轮耦合转子系统的动力学特性

在考虑滑动轴承的基础上,利用传递矩阵法分别建立了两单轴转子的弯曲振动分析模型,推导了人字齿轮耦合单元的传递矩阵,应用整体传递矩阵法建立了人字齿轮转子系统的弯扭耦合振动分析模型,对某燃气轮机齿轮-转子-轴承系统进行了振动特性分析。通过数值计算与分析,获得齿轮转子系统的特征值、对数衰减率及临界转速。结果表明该齿轮-转子-轴承系统的工作转速远离临界转速,具有工作的稳定性和安全性。     

考虑传动轴变形影响的齿轮载荷分布

分析了以往齿轮弹性强度分析中有限元模型的不足,并基于子结构分析技术建立了包含传动轴的齿轮系统三维整体有摩擦弹性接触的计算模型。用有限元参数二次规划法求解非线性部分,对齿轮系统进行有限元分析。结果表明,齿轮齿宽方向载荷分布遵循折线规律,齿廓方向载荷分布呈半椭圆分布规律,齿轮系统的轴变形对齿轮齿面偏载状态有较大影响。对于齿轮系统这种重复结构多的工程结构,子结构分析技术在解题规模和计算效率上都有其优越性。     

基于CFD的GTF发动机风扇驱动齿轮箱行星齿轮风阻损失分析

建立GTF(齿轮驱动风扇)发动机风扇驱动齿轮箱内部流体几何模型,采用RNGk-ε湍流模型和MRF模型进行数值模拟,研究风扇驱动齿轮箱人字齿行星齿轮齿面、端面和内孔特征面的风阻损失,并与Anderson齿轮风阻损失经验公式的计算结果进行对比,分析行星架腔体的直径和长度对湍流能、湍流黏度和人字齿行星齿轮各特征面风阻损失的影响。研究结果表明:行星齿轮风阻损失仿真结果与经验公式结果相差较小。风扇驱动齿轮箱人字齿行星齿轮具有较大的风阻损失,齿面风阻损失占总风阻损失的69.7%。减小行星架腔体直径和长度对行星架内部流体的湍流分布产生一定的影响,并随着行星架腔体直径和长度的减小,湍流较大的区域面积减小。减小风扇驱动齿轮箱行星架腔体长度和直径可抑制人字齿行星齿轮各特征面风阻。减小行星架腔体直径和长度可导致单个人字齿行星齿轮风阻损失分别降低276 W和165 W。     

基于预防性成组维修的人字门船闸大修周期

基于系统维修策略理论,对人字门船闸系统成组维修部件构成进行分析,确定了以影响人字门船闸大修决策的底枢、顶枢、阀门和支承件4个控制部件为成组维修系统.从多部件维修的可靠性和经济性出发,以可靠度要求为约束,以系统年平均总费用最小为目标,建立了人字门船闸系统大修周期优化模型.通过调查分析苏北航务管理处所辖16个人字门船闸的维修记录,确定了大修周期优化模型中的成组维修费用,应用可靠性理论确定了控制部件底枢、顶枢、阀门和支承件的维修间隔期分别为14,6,3,14年.研究结果表明,在目前船闸维护技术水平下,苏北处人字门船闸最优大修周期为14年左右,与底枢和支承件的维修间隔期相近.敏感性分析所得敏感度系数在0.02~0.12之间,表明所建立的模型具有很好的稳定性,可供工程实践参考.     

考虑错位角的人字齿星型轮系传动性能分析

以传动效率超高的某涡扇发动机人字齿星型轮系为研究对象，建立含有错位角的人字齿轮模型，采用ROMAX软件研究错位角对人字齿轮副所受轴向力及其动态性能的影响。结果表明：错位角对人字齿轮副所受轴向力的影响随周节偏转变化而周期性变化；在星型轮系中错位角对太阳轮和内齿圈所受轴向力的影响可以忽略，而对星轮所受轴向力影响较明显，这主要是因为太阳轮和内齿圈与多个星轮啮合而出现多齿均化效应。尽管错位角会产生轴向力，但选择合适的错位角会减小人字齿轮啮合综合刚度的波动，从而使人字齿星型轮系动态啮合力更加平稳。     

行星齿轮传动系统动态温度场数值分析与实验研究

针对行星齿轮系统齿面温度过高导致润滑油失效及传动系统故障的问题,提出了一种齿轮轴承转子系统的动态温度场数值分析与实验研究方法。首先,采用集中参数法建立了平移扭转耦合的多自由度行星齿轮传动系统动力学模型,求解得出了齿轮与轴承动载荷;然后,以系统动载荷为输入条件并结合传热学原理建立了包含轴承齿轮摩擦生热及传动系统散热的动态温度场数值分析模型,计算得出了传动系统动态温度;最后,采用热电偶与热成像相结合的方法,在定点温度测量的基础上得到了传动系统整体温度分布特征。数值分析结果表明：计入轴承摩擦生热时,随着负载持续增大,轴承生热对齿面温度的影响也越大;系统温度随转速变化呈对数关系,随负载变化呈线性关系。实验结果表明,系统整体温度场存在外啮合温度高于内啮合温度的现象,所提方法的理论与实验误差较传统方法减小了1.29%。     

含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统静态均载特性

基于集中参数法,建立含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮传动系统静态均载计算模型,并针对其进行静态均载特性行为的理论研究。考虑时变啮合刚度、各构件偏心误差激励、中心构件浮动等影响因素,并利用傅立叶级数法求解系统载荷平衡方程,定性地分析各构件偏心误差、中心构件浮动方式及浮动量、柔性内齿圈扭转刚度等参数对系统静态均载特性行为的影响。研究结果表明:系统均载系数随着偏心误差的增大而增大,构件偏心误差共同作用对均载系数的影响比构件偏心误差单独作用时的影响大;柔性内齿圈扭转刚度的改变对太阳轮、内齿圈的浮动量及系统的均载系数均有影响;含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统较一般人字齿行星齿轮系统有更好的均载效果。     

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.     

安装误差对提高人字齿轮加工精度的影响及补偿

单斜齿轮倾向于产生显著的轴向载荷,而人字齿轮具有轴向载荷小的优点。但人字齿轮的不对称齿偏差将导致轴向跳动并可能导致噪声、振动和动态轮齿接触载荷。研究提出一种通过消除齿轮安装误差的影响来提高人字齿轮精度的简单方法。根据渐开线齿轮的数学模型和侧面铣削包络原理,利用开发的软件来生成刀具位置(CL)数据,建立安装误差下齿轮的数学模型。提出并研究了基于多体理论的补偿方法。通过切削实验验证,结果表明该方法可以将人字齿轮精度从8级提高到6级且对称性明显提高,对于人字齿轮更好的啮合性能具有重要意义。     

基于人字齿轮啮合特性的滑动摩擦功率损失

以空间多重共轭啮合理论为基础,利用人字齿轮副轮齿接触特性与承载接触特性,提出一种计算人字齿轮滑动摩擦功率损失的方法。首先,利用人字齿轮副轮齿接触分析(TCA),获得人字齿轮齿面接触路径和印痕。然后,利用人字齿轮副承载接触分析(LTCA),计算得到啮合齿面瞬时椭圆长轴(接触点)上离散点的法向载荷和瞬时接触点的传动误差,把所得到的离散点载荷和传动误差分别转换成齿面瞬时接触点的法向载荷和相对滑动速度,二者与摩擦因数相乘得到人字齿轮瞬时接触点的滑动摩擦功率损失。最后,对人字齿轮齿面所有瞬时接触点的滑动摩擦功率损失进行拟合并积分,最终获得1对人字齿轮轮齿从啮入到啮出的滑动摩擦功损。     

人字齿轮小轮轴向窜动的多目标复合修形优化

为了改善人字齿轮左右齿面载荷不完全对称引起的齿面偏载和振动问题,研究了人字齿轮小轮轴向固定和轴向窜动对齿面载荷分布的影响,提出了一种人字齿轮复合修形设计方法。根据齿面偏载情况,通过齿向补偿修形优化实现左右齿面载荷均匀分布;在齿向补偿修形的基础上,叠加拓扑修形构建复合修形齿面,以承载传动误差幅值最小和齿面闪温最低为优化目标,采用NSGA-II算法确定最佳拓扑修形量。算例结果表明,仅小轮轴向窜动,虽然能使左右斜齿轮副载荷基本相等,但不能完全改善单个斜齿轮齿面偏载的状况。齿向补偿修形后,能够改善每一个斜齿轮齿面的载荷使其均匀分布。复合修形改善了齿面载荷分布,避免了边缘接触,大幅降低了承载传动误差幅值和齿面闪温。     

齿轮本体温度的影响因素分析

用边界元法的原现分析研究渐开线圆柱直齿轮的本体温度，提出计算用的齿轮模型，编制了计算程序，对实例进行计算，对影响齿轮本体温度的主要因素进行了分析。