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.     

宽斜齿轮多目标修形优化设计

通过理论齿面叠加修形曲面方法来设计斜齿轮修形齿面,根据齿轮接触分析、承载接触分析计算得到承载变形、接触线上的离散载荷及啮合刚度,应用弹流润滑剂理论确定离散点的局部摩擦系数,并通过Blok闪温公式获得齿面闪温,建立斜齿轮啮合型弯-扭-轴-摆10自由度动力学模型;以承载传动误差幅值、齿面闪温最小、齿面载荷均匀及振动加速度最小为目标,通过改进的粒子群优化算法确定了最佳修形齿面。结果表明:修形后齿轮副重合度增加,载荷均匀,齿面闪温分布明显改善;随转速、载荷的增加,啮合冲击逐渐增大,且随转速增加,啮合冲击激励较刚度激励的振动更加明显,因此共振的敏感性降低,多载荷承载传动误差幅值反映了振动随载荷变化趋势;修形后传动误差幅值、啮合冲击降低,因此有效降低了系统振动。     

弧齿锥齿轮齿面的高精度修形方法

为了改善齿轮的啮合传动性能,提出基于Ease-off的弧齿锥齿轮齿面修形优化方法.通过预置齿轮副重合度、对称抛物线传动误差及接触椭圆参数,分别沿接触路径和啮合线对小轮齿面进行双向修形,获得目标齿面;建立最小二乘法优化模型,采用基于置信域策略的列文伯格-马夸尔特优化算法反求与目标齿面高精度逼近的小轮机床调整参数.算例表明,经过有限次迭代优化,可获得逼近目标齿面的一组机床调整参数,实现预置传动性能,且齿面偏差不大于2.0μm;齿轮副的设计重合度、传动误差幅值及接触椭圆参数对修形优化的迭代次数和精度有直接的影响.     

基于啮合要求的面齿轮拓扑修形齿面主动设计

提出了基于啮合性能要求的面齿轮拓扑齿面主动设计方法,研究了齿廓和齿向拓扑修形构建包含啮合性能信息拓扑齿面的过程.通过沿接触路径预置传动误差函数,改变虚拟加工的滚比,构造沿齿廓拓扑修形齿面;以面齿轮理论齿面为基准,建立沿接触线拓扑修形的数学模型,通过预置接触椭圆长轴,构造沿齿向的拓扑修形曲面;将齿向拓扑修形曲面沿法线叠加到齿廓拓扑修形齿面上,最终得到包含啮合性能参数的面齿轮双向修形拓扑齿面.应用两实例的仿真设计,验证了面齿轮拓扑齿面主动设计过程和拓扑齿面几何形状构造的正确性.     

基于Romax的高速动车牵引齿轮综合修形设计

牵引齿轮修形是减小振动噪声、改善传动性能、提高乘客舒适度的常见方法。论文以CRH380A高速动车组G301牵引齿轮为研究对象,利用Romax软件构建齿轮副动力学仿真模型,在高速运行工况下对齿轮传动系统进行动态接触分析,基于接触斑点、啮合错位量等分析结果,提出全齿廓结合齿向的综合修形方法,并以传动误差和单位长度法向载荷变化量作为修形效果的评价指标。仿真表明,采用论文提出的综合修形方法,齿轮副的传动误差幅值和最大单位长度载荷分别降低了16.75%、9.80%,有效改善了齿轮的传动性能,减小了传动的啮合冲击,从而降低振动噪声,提升了乘客的舒适度。     

小轮双鼓修形的面齿轮传动啮合特性分析

研究了一种新的面齿轮传动修形方法,即小轮双鼓修形,大轮不修且小轮和大轮产形轮无齿数差。推导了小轮的双鼓修形齿面方程、面齿轮齿面方程;在涉及齿轮副安装误差的条件下,建立了轮齿接触分析模型。啮合性能分析表明:小轮双鼓修形能实现面齿轮副抛物线型的几何传动误差,能控制面齿轮接触路径的分布和走向,降低接触路径对安装误差的敏感性。     

高重合度斜齿轮多齿对啮合的补偿修形设计与分析

为准确计算齿面修形量以降低承载传动误差波动幅值,考虑齿轮传动过程中不同啮合区之间轮齿承载变形的变化规律,提出了高重合度斜齿轮多齿对啮合的补偿修形设计方法。基于标准齿面在设计载荷下的承载传动误差波动幅值大小和方向,预设修形齿面的几何传动误差;通过优化几何传动误差控制齿面修形量大小,实现轮齿不同啮合区的精确补偿修形;建立齿向改进修形齿面模型,以齿条刀具附加转角和齿向修形参数为优化变量,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)基于承载传动误差幅值最小确定齿面最佳修形量。研究结果表明:啮合齿对变化引起不同啮合区之间轮齿承载变形的变化是承载传动误差幅值波动的主要原因;齿面补偿修形后,承载传动误差幅值大幅下降,在设计负载下,承载传动误差幅值几乎降到零;改进修形也能够有效补偿不同啮合区之间轮齿承载变形的差异,同时避免了边缘接触,降低了齿轮副的振动与噪声。     

基于精密铸造技术的螺旋齿面齿轮拓扑齿面计算机辅助设计

为了获得高啮合稳定性的面齿轮传动机构,提出了一种螺旋齿面齿轮计算机辅助三维拓扑修形设计,获得点接触面齿轮啮合副以避免发生边缘接触的方法。首先建立接触路径修形设计的数学模型,采用虚拟插齿面齿轮原理,通过预先设计的传动误差函数实现了沿期望接触路径的齿面齿廓修形;然后利用计算机辅助设计技术构建沿接触线修形的数学模型,进行了沿接触线方向修形设计;通过修形量的叠加,重构了三维拓扑修形齿面,最终获得点接触双凸型面齿轮传动。最后以两种不同修形参数的螺旋齿面齿轮为例进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis, TCA)。结果表明：设计参数与仿真结果高度一致,验证了计算机辅助修形设计方法的合理性。     

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。     

弧齿锥齿轮四阶传动误差的设计

为获得给定设计重合度和实际载荷工况下传动误差的不同啮合转换点幅值和最小波动量,提出了小轮采用变性法加工的弧齿锥齿轮四阶传动误差设计方法.通过改变接触迹线方向和参考点位置来获得齿轮副预置重合度和啮合位置对称;预置四阶传动误差的表达式,由逆轮齿接触分析(TCA)方法获得相应的高阶变性系数.算例分析结果表明:调整滚比多项式的前四项系数,可以获得不同啮合转换点幅值的四阶传动误差,并对承载传动误差的波动量及所对应的载荷产生影响;四阶传动误差是通过控制齿面相对修形量来实现的.     

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。     

正交面齿轮传动系统的非线性振动特性

基于集中参数理论,考虑支撑的弹性变形、啮合齿轮副的时变啮合刚度激励和误差激励,建立正交面齿轮传动系统的多自由度弯曲-扭转-轴向移动耦合振动三维空间动力学模型;采用有限元方法计算点接触面齿轮传动系统的轮齿啮合刚度;借助动态相对传动误差,合并两轮转动自由度,将系统等效处理为5自由度非线性振动方程;采用自适应变步长Runge-Kutta数值积分方法,获得该系统的动态响应,并分析间隙对动载荷系数的影响。研究结果表明:随着啮合频率的变化,系统将出现单周期、2倍周期、拟周期和混沌响应;在周期响应状态下动载荷系数对间隙较敏感;间隙的改变对齿轮副的冲击状态没有影响,需通过调整支撑刚度等参数来实现单边冲击。     

齿轮中心双流传动系统的动力学分析

为了研究滑动摩擦和相位调谐对齿轮中心双流传动动力学的影响,建立了考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面摩擦、啮合相位、支承刚度及支承阻尼的齿轮中心双流传动系统扭转-横向振动耦合模型.通过对齿轮副啮合过程的分析,推导了系统中与摩擦有关的计算公式,并采用数值仿真法研究了滑动摩擦、相位调谐对齿轮动态传动误差和支承动载荷的影响.研究结果表明:滑动摩擦对齿轮支承动载荷影响很大,采用相位调谐可有效地降低系统的动态传动误差及中心轮的支承动载荷.     

长齿廓齿顶修形对减速箱振动噪声影响研究

针对高速工况下电动汽车减速箱振动噪声过大问题,考虑长齿廓齿顶修形,并探究修形时长齿廓齿顶线性、圆弧、渐开线和折线圆弧曲线对减速箱整体性能的影响规律。基于扭转振动原理,建立斜齿轮非线性动力学模型,分析了4种典型曲线对齿面载荷、齿轮副时变啮合刚度、时变啮合力和减速箱声功率级敏感性的变化规律。结果表明：齿面载荷、时变啮合刚度和时变啮合力受修形曲线影响较大,各修形曲线均能降低箱体声功率级,其中,圆弧、渐开线修形对齿轮副时变啮合刚度和时变啮合力的波动有抑制作用,满足全频域降噪要求。折线圆弧修形后齿面载荷、特征频率处声功率级和平均声功率级降幅最大,满足减速箱高速工况下的减振降噪需求。     

电动车高速轮边齿轮传动动态特性分析与优化

针对某电动汽车高速轮边减速器振动大、噪声强度高等关键问题,建立该减速器齿轮传动系统动态啮合分析模型,对额定功率、最高转速与最大转矩3种工况的各级齿轮副的啮合特性与动态响应进行计算,分析系统振动结构噪声幅值及其分布规律,研究关键重合度设计参数对系统动态啮合性能的影响,基于MASTA提出传动系统宏观几何参数优化方案。研究结果表明:各工况下输出级齿轮副的传动误差峰峰值偏大,高速输入轴轴承处的结构噪声最大;与轴向重合度为非整数设计工况相比,当齿轮副的轴向重合度接近整数时,齿轮副接触线长度变化率较小,啮合过程中接触载荷波动较小,啮合刚度变化率明显降低,齿轮箱各轴承处结构噪声得到明显降低;宏观几何参数优化方案使得各齿轮副动态性能得到一定的提升。     

不对中工况下的修形齿轮副啮合特性分析

由于对齿轮进行鼓向修形可以有效缓解不对中故障对系统的影响,改善啮合状态,提升传动的平稳性.因此,基于轮齿承载接触分析理论建立考虑轮齿修形以及不对中的啮合特性分析模型,并通过ANSYS对模型的有效性进行了验证;基于本文模型分析了不同接触状态下的齿轮副时变啮合刚度与接触应力;最后以降低齿面接触应力为优化目标,对不对中齿轮副的鼓向修形量进行了优化.本文方法在保证计算精度的前提下极大地提升了计算效率,可为不对中齿轮副的修形优化设计提供理论依据.     

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。     

基于动态性能分析的风电增速箱NW型行星齿轮综合修形方法

风电增速箱是风力发电系统的关键部件,其传动性能的优劣直接关系到风电系统能否可靠运行。NW型行星齿轮因其具有结构紧凑、承载能力及传递功率范围大等优点被应用于风电增速箱中,但NW型行星齿轮的齿面易发生载荷集中现象、传动误差较大,从而通常会使齿轮的使用寿命缩短并且使它们在风力发电机组中的广泛应用受到限制。齿轮修形常被用来改善齿轮传动性能,然而,传统修形技术尚无法有效地解决上述问题。为此,同时综合考虑了齿轮单位长度载荷以及传递误差对传动性能的影响,结合齿向修形和齿廓修形的优势,并基于接触斑点、啮合错位量等仿真分析结果,提出了一种兼顾降低传动误差与改善齿面集中载荷的齿轮综合修形方法。应用该方法对NW型行星齿轮内外啮合齿轮副分别进行修形,并对修形效果进行了仿真验证。分析结果表明,相比于未修形的状态,内外啮合齿轮副最大单位长度载荷分别降低了17.21%、24.16%;传动误差分别降低了22.64%、35.23%,可见综合修形同时改善了齿轮传动误差和齿面载荷分布,从而提高了风电增速箱中齿轮的传动性能和使用寿命,对风力发电的发展具有重要研究意义。     

刚柔复合齿轮结构参数对其动态特性的影响分析

刚柔复合齿轮是通过内部柔性部件自适应变形协调实现高可靠精密传动的新型齿轮.为了探究复合齿轮变形协调参数对其动态特性的影响,在建立刚柔复合齿轮综合啮合刚度模型的基础上,采用ADAMS建立了刚柔复合齿轮副虚拟样机.分析了齿圈与轮毂之间的间隙、齿轮副的中心距、金属橡胶的弹性模量对复合齿轮齿圈加速度、角加速度、啮合力和动态传动误差等动态特性的影响规律.仿真结果表明:减小齿轮副中心距使得齿圈与轮毂角加速度和齿轮副啮合力明显减小,传动精度也有所提高;增加金属橡胶弹性模量可以有效抑制齿圈振动加速度,但啮合力增加;齿圈与轮毂间隙增大,齿圈的加速度增加,传动误差增大,角加速度有所减小.综合以上因素,减小齿轮副中心距和齿圈与轮毂间隙,增加金属橡胶弹性模量可以减小复合齿轮振动,提高传动精度.     

高重合度弧齿锥齿轮高阶传动误差设计与分析

为减少高重合度弧齿锥齿轮的振动和噪声,提出基于齿面曲率修正方法的高阶传动误差设计.首先,根据预设高阶传动误差曲线和齿面接触印痕,对与配对大轮完全共轭的小轮齿面进行修形,获得小轮目标齿面;然后,建立基于齿面曲率修正方法的小轮齿面数学模型;最后,建立齿面优化模型,并利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)反求与目标齿面高度逼近的小轮齿面曲率修正系数.算例表明:通过齿面曲率修正方法能够获得满足设计要求的高阶传动误差;与传统的传动误差相比,高阶传动误差在降低高重合度弧齿锥齿轮的承载传动误差的同时可以改善齿轮副的载荷分布,改善齿轮副的啮合性能.