重载下准双曲面齿轮传动界面润滑机理分析

综合考虑了准双曲面齿轮传动接触几何、卷吸速度与椭圆主轴不重合、润滑剂流变特性等因素,建立了准双曲面齿轮传动界面润滑机理分析的统一数学模型,数值分析了重载下准双曲面齿轮传动一对啮合副从啮入到啮出过程中啮合点油膜、压力、闪温和von Mises应力的演变规律,探讨了小齿轮转速对传动界面润滑性能的影响。结果表明:从啮入到啮出过程中,啮合点的中心油膜厚度和最大von Mises应力呈现单调递减趋势,表面最大闪温则是先升高然后逐渐降低;转速对传动界面润滑状态的影响非常显著,随着转速的逐渐减小,啮合点中心油膜厚度也随之减小,由于工程中粗糙表面的存在,界面容易因滑动摩擦发生磨损;转速越高,啮合点的闪温也越高,此时齿面容易发生胶合失效,为了最大限度地避免齿面磨损和胶合,需要合理选择准双曲面齿轮的运行转速。     

基于参数非线性的二级行星减速器扭转振动分析

为掌握多元非线性参数对二级行星减速器动态特性的影响,在综合考虑齿轮副之间的时变啮合刚度、综合传递误差、啮合阻尼以及齿侧间隙的情况下,基于集中参数法建立了减速器纯扭转振动模型,采用变步长的Runge-Kutta法求解系统动态响应,获得了各级内、外齿轮副之间的振动特性时域数据,以及动态啮合力.理论求解与实验结果最大误差值0.98,平均误差0.05,一级振动及动态啮合力大于二级;同级中太阳轮振动大于行星轮,内、外啮合齿轮副动态啮合力基本相当.频域分析显示:主要振频为齿频和啮频相互耦合所致;一级行星轮齿频为12.93Hz,接近第一阶主振频12Hz;二级啮频62.37Hz,接近第二阶主振频62Hz,成为系统前两阶激振源.     

渐开线齿轮动态啮合力计算机仿真

为了获得渐开线齿轮啮合传动过程中的动态啮合力,提出了一种在MSC-ADAMS平台上的计算机仿真方 法．考虑了齿轮高速、大转矩啮合传动以及渐开线齿轮工作过程中齿廓啮合点位置不断变化的实际情况,基于 Hertz弹性接触理论,建立了仿真用齿轮刚度系数的计算公式及渐开线齿轮啮合传动的仿真模型,并以某车用变速 器的一对渐开线齿轮为研究对象,应用机构动力学仿真分析软件,计算得到了在3种不同工况下的齿轮动态啮合 力．研究结果表明:渐开线齿轮在啮合传动过程中含有明显的动载荷,动载荷的波动并非对称循环,其均值大于静 载荷;随着传动速度的增大,动载荷及其作用时间所占比例均增大．     

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.     

双圆弧齿轮弯曲动应力有限元分析

基于有限元及瞬态响应特性分析理论,将ANSYS和Pro／Engineer软件相结合,利用数据表对双圆弧齿轮进行斜坡式施加动载荷,并对产生的复杂弯曲动应力进行仿真分析,得出了特定工况下齿根及齿腰等效弯曲动应力的分布区域和变化规律．研究表明：当凸齿开始进入啮合时,啮入端齿根及齿腰的等效弯曲动应力最大;适当加大主动轮齿啮入端修薄量和齿轮重合度尾数,可提高齿轮的弯曲强度,但在啮出端不必进行齿端修薄．     

滑动摩擦和啮合相位对齿轮中心双流传动动力学的影响

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、阻尼、滑动摩擦、相位及支承刚度和阻尼的齿轮中心双流传动系统扭转－横向振动耦合模型。通过对渐开线直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动态传动误差及中心轮的支承动载荷。     

面齿轮传动全齿面闪温分布与抗胶合修形优化

为快速求解面齿轮传动的全齿面闪温分布,基于Blok闪温公式、齿面接触分析和承载接触分析技术,通过计算接触椭圆长轴离散点处的切向速度、综合曲率半径、载荷密度以及赫兹接触带半宽,建立了面齿轮传动全齿面闪温求解模型,并与带精英策略的快速非支配排序遗传算法相结合,以小轮修形曲线的8个参数为优化变量,以全齿面闪温最小为优化目标,建立了面齿轮传动抗胶合修形优化模型。算例分析结果表明:节线附近闪温近似为0℃;离节线越远,相对滑动速度就越大,闪温也越大,胶合失效最易发生在啮出的接触椭圆长轴上;优化小轮修形参数使全齿面的最大闪温下降了29.9%,从而提高了面齿轮传动的抗胶合能力。     

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。     

齿廓修形机理及其对温度场的影响

通过解析法和有限元法计算了轮齿刚度,基于刚度研究了齿廓修形机理及加工误差对载荷分配系数、传动误差和温度场的影响.结果表明:长修形在减小啮合冲击上优于短修形,当长修形指数为122时传动误差波动最小,传动最平稳.轮齿修形可以改善轮齿本体温度和闪温分布,使本体温度和闪温的高温区域从齿根、齿顶移动到齿廓中部,降低齿顶和齿根的最高温度,提高了轮齿胶合承载能力.加工误差会减弱轮齿修形效果,引起动载荷和瞬时高温,因此确定修形量时应考虑加工误差、跑合磨损以及热弹变形.     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法

为了提高汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法。预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向ease-off曲面,小轮修形齿面表示为大轮的共轭齿面叠加ease-off曲面。结合齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)方法及齿轮摩擦理论最新进展,得到接触线离散点的滑动速度、啮合承载变形、载荷分布及局部摩擦系数,进而确定齿面瞬时啮合效率和Block闪温。以承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面闪温最小和平均啮合效率最大进行多目标优化,获得最佳修形齿面,并分析齿面滑动速度与综合曲率半径的变化及重合度对啮合性能的影响。算例表明:最优ease-off修形齿面在啮入、啮出端有足够的抛物线传动误差,可有效减小ALTE并降低安装误差的敏感性;在整个齿高方向有一定的齿廓修形且接触迹线角较小时,齿轮副则有较大重合度,且齿顶、齿根载荷向节线附近集中,而节线附近的滑动速度较小,导致接触线平均摩擦系数下降,因此,啮合效率增加,齿面闪温下降;齿面适配量过大时,接触线载荷增加,摩擦功耗增大,啮合效率减小。     

齿轮传动齿面动载荷的数值求解

以普通渐开线齿轮为研究对象,考虑沿啮合线变化的啮合刚度及齿轮副相对阻尼,利用数值法求解齿轮振动微分方程,得到一个啮合周期内齿轮振动位移、速度的离散值,根据齿轮载荷力学模型求取了齿轮传动齿面动载荷随啮合时间的变化规律。并与求解齿轮振动微分方程时将时变啮合刚度采用Fourier变换求得的齿轮各动态响应进行比较,分析两种方法所得结果的差异。     

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。     

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。     

弧齿锥齿轮啮入冲击理论分析

为了改善弧齿锥齿轮的振动与噪音,基于弧齿锥齿轮啮合传动特点,应用机械动力学理论,建立考虑轮齿受载变形的弧齿锥齿轮啮入冲击数学模型,结合齿面接触分析(TCA)和承载接触分析(LTCA)分析计算初始啮合点的位置,并根据齿轮受载变形和载荷分配系数拟合出啮入点的啮合刚度;进而推导出啮入冲击,并分析了齿轮副的负载和输入转速对啮入冲击的影响.研究结果表明:齿轮副的负载和输入转速都会对啮入冲击产生较大的影响;在不发生边缘接触的情况下,随着负载的增大,初始啮入点逐渐向主动轮齿根移动,冲击速度逐渐增大,啮入冲击也逐渐增大;输入转速的增大会直接增大冲击速度,进而使得啮入冲击增大;与负载相比,转速对啮入冲击的影响更大.     

行星齿轮传动的齿面动态磨损特性

针对动态载荷下行星齿轮传动系统齿面磨损问题,考虑了时变啮合刚度和齿廓磨损误差激励的影响,应用势能法求解齿廓磨损情况下的齿轮副啮合刚度,采用集中参数法建立了平移-扭转多自由度齿轮动力学模型,通过Newmar k-β时域积分法求解动态啮合力,基于变形协调原理确定齿间载荷分配系数,依据赫兹接触理论确定齿面接触压力分布,采用有限元方法等转角度离散齿面,基于Archard磨损公式建立了行星齿轮传动系统动态磨损数值仿真模型。通过算例,分析了不同磨损程度的啮合齿面接触压力分布,探讨了负载转矩和磨损次数对磨损的影响以及磨损深度与齿轮系统啮合刚度间的关系。仿真结果表明:磨损后双齿啮合区齿面压力呈"∧"形分布;磨损速率与负载转矩呈正比映射关系,与磨损次数呈指数映射关系;啮合刚度与最大磨损深度呈一次函数关系。该研究结果对行星齿轮传动系统的齿廓修形设计及减磨延寿具有一定的参考意义。     

行星齿轮传动系统碰撞振动特性研究

针对行星齿轮传动系统轻载高速下存在碰撞振动的问题进行了研究,为此提出了研究方法和分析模型,即在大载荷下采用线性弹簧来模拟轮齿啮合弹性,在轻载下采用Hertz接触理论来计算齿轮副碰撞力,最终采用集中质量方法建立了行星齿轮传动系统碰撞振动分析模型。研究分析发现:在大载荷、连续增速下,行星齿轮传动系统在太阳轮与行星架扭转振动模式以及内齿圈横向振动模式所对应的固有频率位置出现了共振,并引起了较大的啮合力波动;在轻载下,齿轮副啮合状态发生了变化,出现了碰撞振动,随着负载的增加,接触力的变化呈现出强非线性特征,齿轮副脱啮时间逐渐缩短;当负载达到门槛值时,齿轮副不再脱啮;随着转速的提高,脱啮时间逐渐缩短,碰撞力波动幅值呈线性增大的趋势。该结果可为行星齿轮传动系统减振、降噪研究提供理论依据。     

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。     

齿轮热胶合承载能力数值计算方法研究

建立了时域内高速重载齿轮系统热平衡状态分析模型,推导了齿面温升公式,通过数值计算方法得到了接触点温度随时间的变化规律以及闪温沿啮合线的分布规律. 建立了符合实际工况的热弹流理论分析模型,将本体温度作为初始温度进行求解,以界面最高温升作为接触点闪温,得到了接触点的温度场、闪温以及沿啮合线的闪温分布,获得了沿啮合线的膜厚比,最后综合比较分析了Blok理论和热弹流理论. 结果表明:文中两种数值方法所求闪温与Blok闪温十分接近,热弹流法从理论上来讲更符合实际情况. 热弹流计算结果可以同时得到齿面闪温和油膜厚度等参数,为热胶合强度设计和校核提供更多的信息.      

基于弹流润滑的直齿轮动态效率模型及验证

分析基于弹流润滑状态的直齿轮啮合特性及规律,考察摩擦因子、载荷分配及油膜厚度等关键因子的计算公式,建立基于MATLAB/Simulink的机械动态效率数学模型.以1对齿轮沿啮合线从啮入到啮出为1个周期,将啮合区间划分为4部分分别进行平均滑动摩擦和滚动摩擦功耗的积分计算,同时为表征实际情况中润滑油粘度变化带来的影响引入润滑油粘度变化修正因子.仿真结果与试验数据及已有数学模型的对比分析验证了所建动态效率模型的准确性.     

双侧双级双圆弧螺旋锥齿轮章动减速器动力学分析

以双侧双级双圆弧螺旋锥齿轮章动减速器为研究对象,综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差、齿侧间隙等因素,采用集中参数法建立该类传动系统的12自由度弯-扭耦合非线性动力学模型.以四阶变步长Runge-Kutta法求解该系统的动态响应,并分析激励频率、支承刚度对系统动载荷系数的影响.结果表明,随着激励频率的变化,系统相继呈现出7倍周期、拟周期和混沌响应现象.无量纲激励频率为0.5和1.0时,动载荷系数出现峰值.在支承刚度的0.5～3.5倍范围内,随着支承刚度增大,系统动载荷系数降低.研究结果为后续的章动传动系统动态优化设计提供了理论依据.