齿轮—转子—轴承系统弯扭耦合振动模型研究

总结了齿轮－转子－轴承系统弯扭耦合振动的耦合模型，指明了它们之间的内在关系通过计入齿轮啮合线瞬时位置的变化对齿轮间动态啮合力的影响，建立了更加合理、更加精细的弯扭耦合模型，以前的弯扭耦合模型只是文章中新模型的新例，可由新模型退化得到。     

含增速齿轮的转子系统固有特性研究

在建立齿轮啮合作用的基础上,建立了某型齿轮增速非直联压缩机转子系统有限元模型.为更能体现含齿轮转子系统的特点,首先对单轴进行分析,并在此基础之上对含齿轮啮合的整机进行了动力学特性分析,包括弯曲振动、扭转振动以及弯扭耦合振动.分析结果显示:由于齿轮啮合效应的存在,使得增速箱系统出现了新频率;轴套对耦合系统的扭转影响主要体现在第3,4阶上;而弯扭耦合特性中齿轮的耦合作用较弱.因此认为,在进行该类转子系统的设计时应充分考虑齿轮的啮合作用,以保证系统设计的缺陷达最低.研究结果可以为相关系统的设计工作及其振动控制提供理论参考.     

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。     

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.     

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.     

风电齿轮箱传动系统的动力学建模

由于风速的随机性特点,使得风电齿轮箱长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱内部结构的损坏.为了更好地对齿轮箱进行动力学分析,将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量法,在直齿轮、斜齿轮和行星齿轮动力学模型的基础上,建立了整个齿轮箱传动系统的动力学模型;并在考虑齿轮啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、偏心量、弯扭耦合、自身重力以及支撑轴承等因素的共同作用下,利用拉格朗日方程推导了整个传动系统的动力学方程.为今后分析兆瓦级风电齿轮箱传动系统的固有特性、动态响应等动力学特性奠定了一定的基础.     

同轴面齿轮分扭传动的动态均载特性

为了解决同轴面齿轮分扭传动在工程应用中的载荷分配不均问题,针对该传动构型不均载机理与动态均载特性展开研究。从功率流的角度分析了同轴面齿轮分扭传动中载荷分配不均问题,基于变形协调基本原理推演了支路载荷分配的过程,指出了影响载荷分配的主要因素;利用多啮合齿轮系统快速建模方法建立了同轴面齿轮分扭传动系统弯扭轴耦合集中参数齿轮动力学模型,并基于动态啮合力的求解定义了系统动态均载性能的衡量方法;分析了同轴面齿轮分扭传动系统中各齿轮副综合啮合误差,并给出了支路无载传动误差的计算方法;通过算例,研究了支撑刚度与无载传动误差对系统动态均载性能的影响规律。研究结果表明:同轴面齿轮分扭传动不均载产生的本质原因是各支路的刚度及无载传动误差参数不对称;输入齿轮及两惰轮径向支撑刚度对系统均载性能影响较大;调整无载传动误差可以有效地改善系统均载性能。研究结果对同轴面齿轮分扭传动的均载设计具有一定的参考意义。     

机器人智能关节机电耦合系统瞬态动力学研究

为分析机器人关节在不同工况下的动态特性,建立了机电耦合动力学方程,利用集中参数法构建了机器人关节机电耦合动力学模型,模型方程考虑了传动系统的时变啮合刚度、驱动电机的电磁特性、齿侧间隙等因素．电机采用转速、电流双闭环比例积分(PI)控制,分析该模型在启动、遭受冲击和机器人关节正反转等非稳态过程下的动态特性．结果表明：机器人关节在启动过程中电机和齿轮传动系统受到冲击载荷,特别是当转速第一次达到设定转速时出现明显反冲现象,在第一级齿轮中啮合力变化最明显,电机按照指令正反转时表现出类似特性;在外部冲击载荷作用下,啮合力在低速级受到冲击影响最大,对于经常遭受冲击的部件应增大其使用安全系数．     

非扭矩载荷下风电齿轮传动 系统动力学响应特性分析

风电机组叶轮承受风载产生的推力和弯矩等非扭矩载荷传递到齿轮箱内部,会引起关键部件振动加剧、动载增大,将加速齿轮、轴承等部件的过早失效.本文针对某5 MW风电齿轮传动系统,考虑行星架和太阳轮轴的柔性,计算了各对齿轮间的啮合刚度和阻尼以及轴承的支承刚度,采用ADAMS软件建立其刚柔耦合动力学模型,分析了非扭转载荷对关键部件振动和动载荷特性的影响,结合理论分析与对比验证,掌握了非扭矩载荷引起低、中和高速级齿轮振动位移和动态啮合力以及轴承动载增大的变化规律,将为齿轮传动系统动态性能评估及其可靠性优化设计提供重要的理论依据.     

行星齿轮系统弯扭耦合振动的增量谐波平衡法

针对行星齿轮传动机构弯扭耦合振动方程是半正定方程而无法直接采用增量谐波平衡法进行求解的问题,引入微小相对位移量来描述行星齿轮系统中各个部件之间的相对运动.采用运动转移矩阵将半正定方程转化为正定方程,同时考虑齿轮啮合刚度时变的非线性特性,采用增量谐波平衡法分析了行星齿轮系统非线性动力学响应.通过与数值求解方法Newmark-β法相对比,计算结果一致,验证了本文方法的正确性及高效性.     

变速箱行星轮系的动力学仿真

为研究两挡变速箱行星轮系传动过程中的振动特性和轮系间轮齿动态啮合力的变化规律,利用Adams动力学软件建立变速箱行星轮系机构的动力学模型。根据变速箱的工作原理,对行星轮系的动力学行为进行仿真模拟,结果表明：行星轮系输出角速度和角加速度的曲线呈明显周期性,且仿真分析和理论结果的误差为0.6%,以此证明行星轮系仿真模型的正确性。由于轮齿啮合具有一定的周期性致使轮系振动也具有周期性的特点,输出振动角加速度在理论值0°/s²上波动。太阳轮和内齿圈分别与行星轮之间的动态啮合力主频率为2倍关系,太阳轮与行星轮径向、切向啮合力存在90°的相位差,行星轮系轮齿间的接触力满足力平衡关系,与理论分析相一致。     

风电变桨行星减速机的动力学性能仿真

利用虚拟样机技术对1.5 MW风电变桨行星减速机进行运动学、动力学仿分析,并在此基础上对箱体进行有限元模态分析。用接触力模拟齿轮啮合力的方法得出了行星减速机3级内齿圈的动载荷时域、频域变化规律,并对第3级内齿圈进行动载荷齿面接触强度校核。研究结果表明:减速机传动比仿真结果与理论计算结果相差仅为0.01,验证了建模方法的正确性;该行星传动属于具有较高可靠度的行星传动;在额定工况下,箱体固有频率与各内齿圈内齿啮合频率相差较大,不会发生共振现象。     

少齿数齿轮传动动力学的研究

目的为探讨少齿数齿轮参与传动过程中的运动情况,特别是啮合力对其影响情况,基于ADAMS和Pro/E对少齿数齿轮传动情况进行了建模仿真研究,这也有助于减少少齿数齿轮的设计成本和缩短其设计周期。方法首先通过Pro/E软件,实现了基于精确齿廓方程的齿轮参数化建模,并将其导入到ADAMS软件中;然后结合齿轮传动的实际情况修改机构属性和添加约束,特别是添加碰撞力和负载;最后对仿真得到的数据进行分析得出结论。结果与结论少齿数齿轮传动时处于变载状态,传动效率高,啮合力对其有一定的影响。     

有多重虚约束的内平动齿轮传动机构力学分析

建立具有多重虚约束的内平动齿轮传动机构的力学模型. 通过计入各运动副处的接触变形,建立变形协调方程,结合各构件的力学分析,得到其力学模型. 结合具体实例,得到了高速级齿轮的啮合力变化情况,给出了曲柄转矩、平动齿轮轴承力及方位角、支撑轴承力及方位角随曲柄转角变化的规律,分析了设计参数对平动齿轮轴承载荷的影响,给出了两相平动齿轮与内齿轮啮合力的变化规律. 实例分析结果表明,较大的尺寸系数及较小的啮合角对提高轴承的寿命十分有利.     

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.     

斜齿轮齿向修形对承载能力的影响

以某钢厂1580热连轧机减速机斜齿轮为研究对象,建立减速机斜齿轮的Pro/E参数化三维模型,根据斜齿轮啮合原理,对三维模型实现了无干涉装配。利用有限元分析软件,得到啮合齿接触带中心位于不同位置时齿轮的齿根最大弯曲应力和齿面最大接触应力。通过对比不同齿向修形参数下斜齿轮的应力值,确定了最佳齿向修形长度,为硬齿面斜齿轮的设计加工提供有价值的参考。     

基于谐波平衡法的非圆面齿轮多参变振动特性研究

考虑齿轮的时变瞬心、刚度和误差等激励问题,基于弹性转角分离原理,构建了非圆面齿轮的量纲一动力学模型.针对时变刚度和瞬心组成的复合参数激励,采用多阶谐波平衡法得到齿轮动力学方程的近似解析解,着重分析了系统的关键参数对振动响应的影响规律以及各参数对振动的灵敏度的影响.研究结果表明:齿轮在复合参数激励下存在复杂的多频响应,响应幅值随转速、偏心率、误差幅值、啮合刚度幅值比以及负载扭矩的增大而呈现不同特点的增大趋势,齿轮系统的各参数取值对自身及其它参数的灵敏度值都将产生较大的影响.      

Dynamic characteristics of the planetary gear train excited by time-varying meshing stiffness in the wind turbine

Wind power has attracted increasing attention as a renewable and clean energy. Gear fault frequently occurs under extreme environment and complex loads. The time-varying meshing stiffness is one of the main excitations. This study proposes a 5 degree-of-freedom torsional vibration model for the planetary gear system. The influence of some parameters (e.g., contact ratio and phase difference) is discussed under different conditions of a single teeth pair and double pairs of teeth. The impact load caused by the teeth face fault, ramped load induced by the complex wind conditions, and the harmonic excitation are investigated. The analysis of the time-varying meshing stiffness and the dynamic meshing force shows that the dynamic design under different loads can be made to avoid resonance, can provide the basis for the gear fault location of a wind turbine, and distinguish the fault characteristics from the vibration signals.     

推杆针轮活齿传动的扭转刚度分析

为研究推杆针轮活齿传动的扭转刚度及其影响因素,应用变形协调方法推导了推杆针轮活齿传动的啮合力及扭转刚度的计算公式.应用实例分析了推杆针轮活齿传动的啮合力变化规律及扭转刚度变化规律,讨论了推杆针轮活齿传动的结构参数对其扭转刚度的影响.实例分析表明:推杆活齿在齿顶和齿根处所受啮合力最小,在齿廓中部受啮合力最大;推杆针轮活齿传动的扭转刚度波动较很小;激波器偏心距和针齿数对扭转刚度的影响大;针齿半径和针轮半径对扭转刚度的影响较小;激波器半径对扭转刚度的影响几乎可以忽略.研究成果可为推杆针轮活齿传动的齿廓修形和参数选择提供理论依据.      

采煤机行走机构啮合参数对动力学特性的影响

为提高薄煤层采煤机行走机构工作平稳性,分析两销轨间节距及摆线轮与销轨中心距啮合变化的影响,建立了相应的数学模型,应用ADAMS软件分析不同啮合参数对行走机构动力学特性的影响。结果表明:在最小节距118.5 mm时,当摆线轮与销轨前齿啮出,后齿还未进入啮合时,发生速度突降;在最大节距131.5 mm时,当中心距为理论值139.27及变化±10 mm时,其最大速度与啮合力分别是节距为125 mm、中心距139.27 mm理论条件下的1.29、1.24及1.60倍与1.57、1.37及2.48倍,中心距减小要比中心距增大时所引起速度与啮合力波动大。为减小牵引速度等波动量,建议在设计该机构时,中心距在理论值基础上可增加2~3 mm。