復雜工況齒輪傳動軸微動磨損機理及其預測方法研究.pdf

1、齒輪組件作為動力機械中傳遞功率的主要部件，主要起到支承轉(zhuǎn)動零件并傳遞運動、扭矩或彎矩的作用。由于齒輪嚙合力的周期性變化導致齒輪軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，從而導致齒輪軸肩與軸承內(nèi)圈之間的粘著-滑動摩擦失穩(wěn)現(xiàn)象。隨著動力機械的持續(xù)運轉(zhuǎn)，進而導致齒輪軸肩產(chǎn)生微動磨損。微動磨損普遍存在于各種機械裝備的運行中，經(jīng)常使零件的材料疲勞極限降低，是關(guān)鍵零部件失效的重要原因之一。在齒輪軸運轉(zhuǎn)過程中，齒輪軸與軸承構(gòu)成的運動系統(tǒng)具有內(nèi)部參數(shù)變化、外加負載干擾、傳動系統(tǒng)

2、中的摩擦干擾和模型的不確定性以及非線性的復雜特點。其扭振具有轉(zhuǎn)速低、承載大和干摩擦作用的典型特征，因此，齒輪軸在運轉(zhuǎn)過程中不可避免地出現(xiàn)扭振幅值和噪聲都大幅度增加的現(xiàn)象。以上影響因素導致齒輪軸運轉(zhuǎn)的均勻性差，容易使齒輪軸與軸承之間的接觸面產(chǎn)生微動，引起齒輪軸肩的微動磨損，嚴重的微動磨損造成齒輪軸的疲勞斷裂，從而使復雜工況產(chǎn)生機械故障。
　　因此，本文以國家“863”項目[2008AA11A116]、武器裝備預研重點基金項目[914

3、0A2011QT4801]和校企合作項目“減速器傳動齒輪組件性能分析及優(yōu)化設(shè)計研究”為依托，對復雜工況下齒輪傳動機構(gòu)中的齒輪軸肩與軸承接觸面之間的微動磨損現(xiàn)象進行了機理與數(shù)值計算相結(jié)合的研究，主要研究工作如下:
　　(1)建立了復雜工況齒輪組件有限元仿真模型，對齒輪軸肩微動現(xiàn)象進行了有限元仿真分析，得到齒輪軸肩的應力場、應變場和溫度場的變化規(guī)律。仿真結(jié)果表明，接觸應力隨軸肩高度的增加而增大;軸向變形量和徑向變形量隨軸肩高度的增加而

4、增大;齒輪軸肩的溫度場和熱應力場隨著齒輪轉(zhuǎn)速的增加而增大。
　　(2)建立了復雜工況齒輪軸肩微動摩擦失穩(wěn)模型和運動學方程，引入了摩擦失穩(wěn)阻尼比，得到齒輪軸肩微動摩擦失穩(wěn)的判別條件。在此基礎(chǔ)上建立了齒輪軸肩微觀扭振數(shù)值計算模型，分析了齒輪軸肩微觀扭振隨主要影響因素的變化規(guī)律。計算結(jié)果表明，載荷和轉(zhuǎn)速是導致齒輪軸肩微動摩擦失穩(wěn)的主要因素，并且齒輪軸肩的微動摩擦失穩(wěn)是造成齒輪軸肩表面微動磨損的主要原因。
　　(3)在復雜工況齒輪傳

5、動軸機構(gòu)中的齒輪軸肩與軸承接觸特性和扭振摩擦運動特性分析的基礎(chǔ)上，研究了復雜工況齒輪軸肩微動磨損機理并建立了齒輪軸肩微動磨損數(shù)學模型。在復雜工況齒輪軸肩微動磨損數(shù)值計算的基礎(chǔ)上，分析了預緊力矩、傳遞功率、過盈量、摩擦因數(shù)以及轉(zhuǎn)速等主要因素對齒輪軸肩微動磨損的影響。
　　(4)建立了復雜工況齒輪軸肩微動磨損影響因素模糊灰色關(guān)聯(lián)分析模型，以各工況下齒輪軸肩微動磨損量為模型的參考序列，各工況下特征性能指標為模型的比較序列，對影響復雜工況

6、齒輪軸肩微動磨損性能的特征指標重要性程度進行了模糊灰色關(guān)聯(lián)度的研究。結(jié)果表明，即各主要因素對復雜工況齒輪傳動軸微動磨損的影響程度為傳遞功率＞轉(zhuǎn)速＞預緊力矩＞過盈量＞摩擦因數(shù)。
　　(5)構(gòu)建了復雜工況齒輪軸肩微動磨損量支持向量機預測方法，并采用自適應變權(quán)重粒子群優(yōu)化算法對其進行優(yōu)化。仿真與計算結(jié)果一致表明，基于自適應變權(quán)重粒子群優(yōu)化算法支持向量機的復雜工況齒輪軸肩微動磨損預測方法的均方根誤差為0.103％、平均相對誤差為2.06％