斜齒輪摩擦激勵與故障激勵耦合動力學(xué)建模及其動態(tài)特征研究.pdf

1、齒輪傳動系統(tǒng)及其基礎(chǔ)部件在國家裝備制造業(yè)中具有不可替代的重要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對齒輪傳動裝置也提出了更高的性能要求，如高速、重載、高可靠性、低噪聲、小型化等。斜齒輪傳動具有嚙合性好、重合度大、傳動平穩(wěn)、振動噪聲小、承載能力高等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、風(fēng)電、船舶、工程機械、起重運輸?shù)刃袠I(yè)機械傳動系統(tǒng)。然而，斜齒輪由于齒形復(fù)雜，加工及裝配過程中易產(chǎn)生誤差，且傳動過程中，其內(nèi)部激勵復(fù)雜，齒輪失效頻發(fā)，成為制約斜齒輪傳動系統(tǒng)

2、向長壽命和高可靠性發(fā)展的主要因素。齒面摩擦是齒輪產(chǎn)生振動和噪聲的重要激勵源，齒面摩擦加速了齒輪早期故障的出現(xiàn)，齒輪早期故障的出現(xiàn)反過來又會加劇齒面摩擦，并進一步導(dǎo)致齒輪破壞。因此，開展斜齒輪摩擦激勵與故障激勵耦合動力學(xué)建模研究，建立考慮摩擦的斜齒輪故障動力學(xué)模型，解明其內(nèi)部非線性動態(tài)激勵與外部振動響應(yīng)特征之間的關(guān)系，具有重大的學(xué)術(shù)價值與工程意義。
　　論文針對斜齒輪摩擦激勵與故障激勵耦合動力學(xué)建模及其動態(tài)特征問題，基于斜齒輪嚙合的

3、時變接觸線長度，從斜齒輪嚙合的摩擦激勵和故障激勵耦合機理入手，開展了系列斜齒輪嚙合內(nèi)部動態(tài)激勵與振動響應(yīng)的研究。論文的主要研究工作包括：
　?、籴槍δ壳叭狈Σ煌秶睾隙刃饼X輪摩擦激勵精確算法的問題，采用“分段法”思想，提出了考慮時變嚙合力和時變摩擦系數(shù)的時變接觸線長度、時變摩擦力和時變摩擦力矩的通用計算方法?；谳S的彎曲變形和作用力的關(guān)系，提出了一種斜齒輪齒面摩擦力的測試方法。新的計算方法解決了不同范圍重合度下斜齒輪摩擦激勵精確

4、計算的難題，并揭示了變位系數(shù)、螺旋角和齒寬等齒輪參數(shù)對時變接觸線、時變摩擦力和力矩的影響規(guī)律，為設(shè)計階段合理選擇斜齒輪參數(shù)以減少摩擦激勵提供指導(dǎo)。
　?、卺槍δ壳褒X面剝落故障引起的斜齒輪內(nèi)部激勵的模型和算法不能很好揭示斜齒輪動態(tài)特征變化的問題，基于時變接觸線長度的變化，提出了齒面剝落故障斜齒輪時變摩擦激勵和接觸剛度的計算方法；考慮斜齒輪齒面剝落時變摩擦力和時變剛度的變化，建立了時變摩擦力和時變剛度耦合的斜齒輪動力學(xué)模型，獲得了齒面

5、剝落故障對斜齒輪動態(tài)特征的影響規(guī)律，為研究斜齒輪齒面剝落故障激勵特征提供了一種新的計算方法。
　?、坩槍δ壳叭狈υ谳嘄X折斷故障下建立耦合時變滑動摩擦力和動態(tài)嚙合力的斜齒輪三維動力學(xué)模型的有效方法，并揭示斜齒輪輪齒折斷故障非線性激勵及其動態(tài)特征的關(guān)系問題，提出了基于時變接觸線長度的輪齒折斷故障斜齒輪嚙合剛度計算方法；考慮輪齒折斷故障造成偏心質(zhì)量的離心力和慣性力，以及斜齒輪時變摩擦力和時變嚙合力的變化，建立了斜齒輪-軸-軸承耦合三維動

6、力學(xué)模型，解明了輪齒折斷形式及大小對斜齒輪動態(tài)特征的影響，為研究斜齒輪輪齒折斷故障激勵特征提供了一種新的計算方法。
　?、茚槍δ壳靶饼X輪內(nèi)部激勵模型未能解明不對中齒輪故障和滑動摩擦耦合作用下斜齒輪動態(tài)特征變化的問題，提出了不對中齒輪故障的摩擦激勵和誤差激勵計算方法；基于不對中齒輪故障導(dǎo)致的時變摩擦力和動態(tài)嚙合力的變化，建立了時變摩擦力和動態(tài)嚙合力耦合的斜齒輪動力學(xué)模型，獲得了不對中齒輪故障作用下斜齒輪動力學(xué)響應(yīng)的變化規(guī)律，為研究斜