平行軸齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)通用建模方法與動態(tài)激勵影響規(guī)律研究.pdf

1、齒輪傳動系統(tǒng)是由齒輪副、傳動軸、軸承和箱體組成的復(fù)雜彈性機(jī)械系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，齒輪傳動在國家工業(yè)部門各領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。齒輪嚙合過程中的彈性變形、制造誤差和嚙合沖擊等因素對齒輪的接觸特性和動態(tài)性能有著很大的影響。隨著對機(jī)械系統(tǒng)性能要求的提高，齒輪傳動正朝著高速、重載、低噪聲的方向發(fā)展。因此，研究不同動態(tài)激勵因素和工作狀況對齒輪系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律，對準(zhǔn)確把握齒輪系統(tǒng)動力學(xué)本質(zhì)特征以及低振動噪聲的齒輪傳動裝置

2、設(shè)計具有重要的理論指導(dǎo)意義和工程實(shí)用價值。
　　本文建立了計算齒輪傳遞誤差和嚙合剛度的承載接觸分析模型，提出了適用于不同形式平行軸齒輪系統(tǒng)動力學(xué)建模的通用方法，并系統(tǒng)性地研究了不同內(nèi)部動態(tài)激勵對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。本文工作的主要內(nèi)容和成果有：
　　1、結(jié)合有限元法和解析接觸力學(xué)，建立了一種修正的承載接觸分析模型來計算齒輪傳遞誤差和嚙合剛度。該模型能很好地考慮接觸問題非線性的特點(diǎn)，同時相對于傳統(tǒng)有限元方法具有更高的計算效率

3、以及更好的收斂性和穩(wěn)定性。提出了綜合嚙合誤差的計算方法，從而明確了輪齒變形、輪齒誤差和傳遞誤差之間的關(guān)系。通過研究不同參數(shù)對嚙合剛度的影響發(fā)現(xiàn)，嚙合剛度隨載荷增加呈非線性增大的趨勢；齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變會使輪體剛度產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響嚙合剛度的大小；嚙合剛度隨齒輪單一基本參數(shù)的變化情況可近似用接觸線總長度的變化來衡量；當(dāng)端面重合度或軸向重合度在整數(shù)附近時，嚙合剛度具有較小的波動量，而當(dāng)總重合度在整數(shù)時，嚙合剛度具有較大的波動量。
　　

4、2、基于廣義有限元法的思想，提出了齒輪-軸-軸承-箱體系統(tǒng)全耦合動力學(xué)分析的通用建模方法。該模型計入了齒輪在不同旋向和轉(zhuǎn)向時的彎曲-扭轉(zhuǎn)-軸向-擺動六個自由度上的振動，同時考慮了彈性軸段、箱體支撐與齒輪副之間的耦合作用。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)總體動力學(xué)方程的形成過程、求解算法和結(jié)果后處理方法。將該方法進(jìn)行規(guī)范化編程后，實(shí)現(xiàn)了適用于不同傳動構(gòu)型和齒輪類型的平行軸齒輪系統(tǒng)快速動力學(xué)建模與分析。通過與已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證了該建模方法的有效性。

5、r>　　3、綜合考慮時變嚙合剛度、齒輪誤差和嚙入沖擊激勵因素，研究了不同齒面偏差類型和偏差分布形式對嚙合動載荷的影響。結(jié)果表明，齒廓偏差和齒距偏差會使直齒輪和斜齒輪的動載荷明顯增大；螺旋線偏差對直齒輪振動影響微弱，但對斜齒輪振動影響明顯。當(dāng)齒廓偏差和螺旋線偏差在齒面呈中凹形式分布時，系統(tǒng)振動最大；而當(dāng)這兩項(xiàng)偏差呈中凸形式分布時，系統(tǒng)振動最小。當(dāng)從動輪輪齒與前一個嚙合輪齒具有負(fù)齒距偏差時的振動要大于具有正齒距偏差時。綜合而言，傳遞誤差是引

6、起系統(tǒng)振動的主要激勵，嚙合沖擊對系統(tǒng)振動的影響程度相對較小。
　　4、分析了齒輪誤差對嚙合剛度、傳遞誤差和系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在齒輪誤差影響下的嚙合剛度與實(shí)際接觸線長度變化趨勢基本一致。輕載時輪齒誤差是影響傳遞誤差和系統(tǒng)振動的主要因素，而重載時影響這兩項(xiàng)的主要因素為輪齒變形。研究了精度等級和工況對系統(tǒng)振動的影響，發(fā)現(xiàn)提高精度等級可以減小系統(tǒng)振動，但在輕載時的減振效果要明顯優(yōu)于重載時。提出了使齒面實(shí)現(xiàn)完全接觸的臨界扭矩

7、的概念，其中在臨界扭矩前齒輪實(shí)際重合度小于理論重合度，動載系數(shù)較大；而在臨界扭矩后，齒輪實(shí)際重合度與理論重合度相等，動載系數(shù)將基本不變。
　　5、引入了由齒輪誤差和動態(tài)位移引起的齒面部分脫嚙的概念，提出了動態(tài)嚙合剛度的定義和計算方法，研究了齒面部分脫嚙動力學(xué)的特點(diǎn)。結(jié)果表明，當(dāng)動態(tài)位移較大時，齒輪動態(tài)嚙合剛度與靜態(tài)嚙合剛度差異明顯。在共振區(qū)附近時，即使在重載條件下工作的齒輪，仍有可能從部分脫嚙狀態(tài)轉(zhuǎn)為完全脫嚙狀態(tài)。
　　最后