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.     

变速工况下某变速器壳体的动态响应分析

基于多体系统动力学理论,综合考虑齿轮副时变啮合刚度、齿侧间隙、轴承刚度及阻尼、转速连续变化的影响,建立了变速器传动系统动力学模型,计算得到齿轮动态啮合力和壳体各轴承座处的动态支反力.然后对变速器壳体柔性化处理,获得变速器壳体固有频率及振型.最后以各轴承座处的动态支反力为激励,采用模态叠加法计算壳体结构的动态响应,获得了壳体表面的振动信息.仿真结果表明:在扭矩一定时,变速器壳体表面振动加速度幅值随转速升高呈增大趋势,与实验台架实测结果吻合良好,并且误差在10%以内.     

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。     

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.     

平行轴渐开线变厚齿轮传动的几何设计与啮合特性分析

基于空间齿轮啮合理论,建立了平行轴渐开线变厚齿轮传动的节圆锥设计模型,提出了平行轴渐开线变厚齿轮传动的几何设计方法。考虑安装误差与变形,建立了平行轴渐开线变厚齿轮啮合分析模型,研究了节锥角、载荷与安装误差对啮合特性的影响规律。结果表明:节锥角增加使接触压力减小、齿轮副传动精度降低,但啮合刚度波动更为平缓;载荷增加使角度传递误差均值与峰峰值均增加,但对啮合刚度均值的影响不大;安装误差中,轴线平行度安装误差对齿轮副的啮合特性影响较大,将导致齿轮副产生边缘接触,而对于相同的轴线平行度误差量,y方向的轴线平行度误差产生的边缘接触更加严重。研究结果可望为平行轴渐开线变厚齿轮传动的工业化推广提供理论依据。     

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.     

变速箱阻滞力矩对齿轮系多体动力学及敲击噪声的影响

为了研究手动变速箱齿轮敲击噪声特性,采用集中质量法建立某乘用车手动变速箱齿轮系的多体动力学模型,计入各齿轮对的时变啮合刚度、齿侧间隙、输入轴转速波动,并考虑齿轮受到的由齿轮搅油阻力、齿面摩擦力、输出轴与空套齿轮内孔接触面的摩擦力引起的阻滞力矩作用,计算挂档及空套齿轮对的啮合相对间距、角加速度、动态啮合力,并计算出各个空套齿轮的敲击噪声。以产生敲击噪声最大的4档空套齿轮为例,分析得到其角加速度、动态啮合力及敲击噪声随齿轮阻滞力矩的变化规律,研究结果表明:合理优化齿轮阻滞力矩可以减少手动变速箱齿轮敲击噪声。     

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。     

基于ADAMS的多级齿轮传动系统动力学仿真

为了建立多级齿轮传动系统的虚拟样机，在对传统的齿轮副扭转振动模型进行动力学等价变换的基础上，提出一种基于ADAMS的动力学仿真方法．利用该方法建立的模型能综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿啮合综合误差、原动机和负载的动态输入、齿对啮合相位以及传动轴扭转柔性，仿真多级齿轮传动系统的动态特性，通过实例仿真研究了各因素对系统动态响应的影响规律，结果表明该方法是可行的。     

船用齿轮箱多体动力学仿真及声振耦合分析

基于多体系统动力学理论,综合考虑齿轮副时变啮合刚度、齿侧间隙、轴承支撑刚度等内部激励以及螺旋桨外部激励,建立了含传动系统及结构系统的船用齿轮装置多刚体系统动力学模型,计算了齿轮副动态啮合力及轴承支反力;对齿轮箱及支座进行柔性化处理,形成多柔体系统动力学模型,采用模态叠加法计算了箱体表面的动态响应.而后以多体动力学分析所得的轴承支反力频域历程为边界条件,建立了箱体声振强耦合分析模型,预估了齿轮箱表面声压及外声场辐射噪声.结果表明,齿轮副动态啮合力、轴承支反力以及箱体动态响应频域曲线的峰值均出现在齿轮副的啮合频率及其倍频处;仿真所得的箱体振动加速度及外声场辐射噪声与齿轮箱振动噪声试验台架实测结果吻合良好.     

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.     

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。     

考虑时变啮合刚度的船用高速斜齿轮动力学特性分析

为了研究时变啮合刚度对船用斜齿轮传动系统动力学特性的影响,以某船用高速斜齿轮副为研究对象,首先建立了考虑时变啮合刚度的斜齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,并采用改进的基于承载接触分析(Loaded Tooth Contact Analysis,LTCA)的时变啮合刚度计算方法,计算并拟合出时变啮合刚度曲线;然后分析了特定时变啮合刚度激励条件下转速升高对系统振动情况的影响,以及9 000 r/min和12 000 r/min时不同时变啮合刚度激励下的系统振动特性。分析结果表明,时变啮合刚度激励下,在非共振区转速变化对系统振动特性的影响不显著。齿轮副平均啮合刚度值增大会使振动幅值减小,但共振转速会发生改变,即系统固有频率会发生改变,另外时变啮合刚度波动幅值增大会使振动加剧但不改变系统固有频率。本文研究可为高速斜齿轮传动的设计和工程应用提供一定的参考依据。     

不同载荷条件下椭圆柱齿轮动态接触特性分析

为研究载荷对椭圆柱齿轮动态接触特性的影响,利用LS-PROPOST软件模拟了轮齿的动态啮合过程,结果表明:在轮齿啮合过程中,齿线方向和齿廓方向的等效塑性应变、等效应力和表面压力随轮齿在节曲线上位置的不同而发生变化;在交变载荷条件下,轮齿的等效塑性应变、等效应力、表面压力、轮齿啮合力和力矩均在一定范围内有所增加;在交变载荷和普通载荷两种条件下,轮齿都具有较好的接触性能.     

基于轴承动刚度的电主轴动态特性影响因素分析

目的研究不同条件下角接触轴承动刚度对电主轴动态特性的影响,为优化主轴动态特性提供理论支持.方法基于拟动力学研究方法求解角接触轴承动态性能,建立电主轴转子系统有限元模型分析不同轴承滚珠材料和预紧力对轴承动刚度及电主轴动态特性的影响.结果钢球轴承刚度小于陶瓷球轴承,且随着转速提高,钢球轴承刚度下降较快;装配陶瓷球轴承电主轴一阶固有频率较高,工作端位移较小;随着预紧力提高,角接触轴承刚度软化效应减弱,主轴固有频率增大,轴端位移减小.结论改用陶瓷滚珠或者适当提高预紧力都能有效改善轴承动力学特性,提高电主轴固有频率,使得主轴动态特性得到优化.     

钢绞线静力拉伸模型建立和截面特性分析

基于Love曲杆理论建立钢丝静力拉伸模型,由外荷载作用下单根钢丝平衡方程推导出钢丝轴力、弯矩、扭矩计算公式以及钢绞线截面弹性模量、抗弯刚度计算公式.利用Fortran编写程序,考察轴力变化时,钢丝螺旋角及钢绞线弹性模量、抗弯刚度等截面特性的变化规律.进一步研究了钢绞线弹性模量变化对结构受力性能影响及抗弯刚度变化对基频法计算拉索内力的影响.结果表明:随着钢绞线总轴力增加,钢丝螺旋角逐渐减小,钢绞线弹性模量和抗弯刚度逐渐增加;在外层钢丝螺旋角为0°即外层钢丝被拉直后,钢丝螺旋角和钢绞线弹性模量均不再变化;随着钢绞线总轴力进一步增加,钢丝半径和钢绞线抗弯刚度由于泊松效应影响略有减小.     

几种典型齿轮时变啮合刚度计算方法对比

啮合刚度是齿轮传动的重要动力学特性参数,当齿轮运行状态发生变化,如出现齿根裂纹时,这种变化会在时变啮合刚度中体现.准确地计算齿轮的时变啮合刚度对模拟齿轮系统的动力学特性意义重大.势能法、有限元法和石川法是计算齿轮时变啮合刚度的常用方法.以正常及含齿根裂纹的渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,对这3种方法的综合时变啮合刚度结果进行了对比分析,结果表明:有限元法计算速度慢,但更能够适用于多种复杂裂纹结构下的啮合刚度的计算,计算原理与实际工况更为吻合;势能法与石川法的计算速度快,对于简单裂纹或多级齿轮传动,可以优先采用势能法与石川法进行计算.     

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。     

复合行星齿轮系动态特性仿真分析

为了研究复合行星齿轮系振动信号频谱特征,以SD16再制造变速箱复合行星齿轮系为研究对象,建立系统动力学模型。通过系统转速特性、啮合频率以及啮合力计算分析,给出理想啮合力曲线。利用ADAMS仿真平台,对复合齿轮系动力学模型进行验证,并对双排行星架太阳轮与行星轮啮合力在系统绝对坐标系中x轴分量和y轴分量的时域和频域特性进行仿真分析,为再制造变速箱现场故障诊断频谱分析提供参考依据。仿真结果表明:啮合齿轮副啮合力时域波形与理想啮合力曲线基本一致,具有明显的波动性与周期性。在频谱分析中,齿轮副啮合频率的1倍频与2倍频为主要频率,存在明显的幅值调制现象。