含Hertz接觸阻尼的直接齒輪非線性動力學(xué)響應(yīng)研究.pdf

1、中圖分類號理!三2UDC33碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼!Q堇三三密級公開含Hertz接觸阻尼的直齒輪非線性動力學(xué)響應(yīng)研究NonlineardynamicresponseofaspurgearpairwithHertzcontactdamping作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：吳麗娟機(jī)械工程齒輪動力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院唐進(jìn)元教授陳思雨講師論文答辯日期皇咝答辯委員會主席l立籀，籠中南大學(xué)2014年5月含Hertz接觸阻

2、尼的直齒輪非線性動力學(xué)響應(yīng)研究摘要：齒輪傳動系統(tǒng)廣泛運(yùn)用于動力和運(yùn)動傳遞裝置，如航空、汽車、船舶、風(fēng)電、鐵路等工業(yè)領(lǐng)域。齒輪傳動系統(tǒng)的振動、噪音及傳遞動力平穩(wěn)性研究成為一個(gè)關(guān)鍵、熱點(diǎn)問題。本文建立了考慮非線性Hertz接觸阻尼的直齒圓柱齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型，該模型同時(shí)包含間隙、時(shí)變剛度、靜態(tài)傳遞誤差等非線性因素。基于數(shù)值仿真算法對比分析非線性Hertz接觸阻尼模型(NSD)與廣泛使用的KelvinVoigt模型(KV)的動力學(xué)響應(yīng)，并

3、研究不同的恢復(fù)阻尼系數(shù)模型及NSD模型非線性動力學(xué)響應(yīng)。本文將靜態(tài)傳遞誤差激勵(lì)與輪齒側(cè)隙耦合，得到的非線性動力學(xué)響應(yīng)可以直觀地與實(shí)驗(yàn)傳遞誤差響應(yīng)進(jìn)行對比。主要研究內(nèi)容為：(1)以直齒圓柱齒輪為研究對象，建立包含真實(shí)時(shí)變嚙合剛度、真實(shí)誤差激勵(lì)、齒側(cè)間隙、非線性沖擊阻尼的齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型，區(qū)分系統(tǒng)在不同相對位移情況下系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊的三種情形，接觸力的計(jì)算，遲滯阻尼效應(yīng)和沖擊過程中能量損耗，對動力學(xué)方程進(jìn)行量綱～化處理得到系統(tǒng)運(yùn)動微分方程

4、。(2)針對所建立的含非線性Hertz接觸阻尼的齒輪動力學(xué)模型，在該模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化得到經(jīng)典的KV齒輪動力學(xué)模型。運(yùn)用龍格一庫塔數(shù)值法求解系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)、頻域響應(yīng)、分岔和混沌響應(yīng)。在重載條件下，兩種系統(tǒng)都比較穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)以單周期解為主。隨著系統(tǒng)參數(shù)的變化，齒輪傳動系統(tǒng)中出現(xiàn)倍周期分岔現(xiàn)象。系統(tǒng)穩(wěn)定性隨著載荷的降低也隨之降低，容易出現(xiàn)混沌。在低速條件下，兩種接觸力模型的動力學(xué)響應(yīng)不存在差異。在高速條件下，KV模型的周期性窗口比NSD模

5、型的周期性窗口小。(3)輪齒接觸過程中能量損耗通常表述為阻尼耗散的形式。本文針對現(xiàn)有研究中出現(xiàn)的五種不同的恢復(fù)系數(shù)函數(shù)，分析采用不同恢復(fù)系數(shù)函數(shù)的齒輪動力學(xué)模型的時(shí)域響應(yīng)曲線、接觸力響應(yīng)曲線和頻譜圖隨參數(shù)變化的響應(yīng)特征，給出了轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律，得到隨系統(tǒng)參數(shù)變化的分岔響應(yīng)曲線。(4)將靜態(tài)傳遞誤差按照定義表示成位移激勵(lì)，避免軸頻分量被忽略。研究表明，系統(tǒng)響應(yīng)以軸頻分量為主，并出現(xiàn)倍頻響應(yīng)。在低速條件下，系統(tǒng)出現(xiàn)嘯叫。隨著載