双渐开线齿轮传动的油膜刚度研究

在齿轮传动系统中，齿轮啮合刚度对振动、冲击、齿轮动力学特性分析以及接触应力计算有重要影响. 根据双渐开线齿轮齿廓啮合特点，基于弹流润滑理论，建立了双渐开线齿轮传动油膜刚度计算模型，研究双渐开线齿轮传动油膜刚度变化规律. 采用对比法分析了双渐开线齿轮与同参数普通渐开线齿轮传动油膜刚度差异，并研究双渐开线齿轮齿廓参数和工况条件对油膜刚度的影响. 分析表明:双渐开线齿轮由于轮齿分阶的影响，与同参数渐开线齿轮传动油膜刚度相比有较大差异；双渐开线齿轮传动油膜刚度随齿腰高度系数的增大而减小，齿腰切向变位系数变化时，油膜刚度基本不变；工况条件变化时，双渐开线齿轮传动油膜刚度随转速的增大而减小，随载荷增量因子的增大而增大.      

高速重载人字齿轮传动非线性动力学分析

人字齿轮承载能力强,重合度大,可靠性高,多于高速、重载工况下使用.探究高速重载人字齿轮传动系统非线性动力学特性,可为其设计提供参考.首先,计算齿轮副时变啮合刚度;引入齿侧间隙、间隙非线性函数和综合传动误差,计算时变啮合力;引入轴承游隙,计算轴承受力.随后,建立高速重载人字齿轮传动系统非线性动力学方程,使用4阶Runge-Kutta法对方程求解.最后,探究不同因素对系统动态响应影响.保持系统其他参数不变,分别改变输入转矩、啮合阻尼、齿侧间隙、啮合刚度及激励频率,绘制系统时间-位移图像、时间-速度图像、空间相图、空间频谱图及分岔图,观察系统非线性动力学响应变化趋势,判别系统运动状态.结果表明:在一定范围内,系统稳定性与啮合阻尼、啮合刚度呈正相关关系,与齿侧间隙、输入转矩呈负相关关系;逐渐增大外部激励频率时,系统运动从单周期运动逐渐变为混沌运动,随后又回归单周期运动.为保证系统平稳运行,应合理选取外部激励频率.     

完整航空双联斜齿圆柱齿轮的三维有限元动力分析

本文根据(1)文中提出的方法,在微机上计算了一具有2160个自由度的完整航空双联齿轮的前12阶固有频率及振型。通过采用不同的计算模型,研究了轴、辐板布置及尺寸对该齿轮固育频率及振型的影响。计算结果表明,轴主要影响圆柱齿轮的扭转振动频率,斜辐板布置形式不但增加了齿轮的轴向刚度,而且使整个齿轮的固有频率较同样尺寸下的直辐板齿轮的固有频率大大增加。     

天线座驱动系统刚柔耦合动力学分析

为了分析天线座驱动系统的动力学特性,建立了一种新的多级齿轮传动系统动力学模 型------刚柔耦合模型,不仅考虑了轴的变形、轴承的支撑作用,而且采用了先进的轮齿接触模 型,克服了采用多体动力学方法研究齿轮系统动力学时存在的诸如忽略轴承的支撑作用、轴 的变形等缺陷. 动力学分析的计算结果和理论分析结果相一致,较准确地反映了该系统的齿 轮动力特性,对工程设计及性能校核具有指导意义.     

磨损与动力学耦合的行星传动齿轮动力学研究

行星齿轮磨损会导致齿轮齿侧间隙非线性增大、传动精度下降、齿面冲击力增大, 进而会导致齿轮传动系统振动加剧, 因此需要对行星齿轮的齿面磨损与动力学耦合特性进行研究. 本文构建了齿轮非线性磨损与考虑齿轮齿侧间隙的非线性动力学耦合计算模型, 对行星传动齿轮磨损动力学特性进行了研究. 首先建立齿轮啮合非线性动力学模型, 获得齿轮运行过程中的非线性啮合力; 进一步将非线性啮合力与齿轮齿面磨损模型相结合, 研究齿轮齿面磨损分布规律; 并根据齿轮磨损后的齿侧间隙对齿面重构, 同时对齿轮动力学模型进行更新; 进而得到行星齿轮传动中动态啮合力和磨损特性的变化趋势, 并获得齿轮传动系统齿轮齿向振动响应. 数值计算结果表明, 行星齿轮磨损导致齿轮在单?双齿交替啮合时产生的冲击增大, 同时太阳轮?行星轮啮合齿对对磨损较为敏感, 齿面啮合条件剧烈恶化, 是造成行星齿轮传动性能退化的主要原因, 本文研究结果为行星齿轮传动系统运行状态评估与可靠性预测提供了理论基础.      

考虑弹流润滑作用的斜齿轮啮合分析方法研究

油膜弹流润滑在齿轮传动中有着非常重要的作用,为得到油膜润滑作用下的齿轮啮合响应,基于ABAQUS/STANDARD的静态计算结果,首先提取了仅有齿轮啮合的齿面接触刚度,再结合油膜刚度得到了齿轮和油膜的综合接触刚度,并以此综合刚度作为接触属性关系进行齿轮的静动态运动响应计算。此外,对齿轮啮合时出现的接触区域(接触斑)不连续现象也进行了分析。最终结果表明考虑油膜润滑作用时,齿轮面的最大接触应力比无润滑作用时下降了30%左右,而齿根处最大拉应力则下降了6.14%。本方法为齿轮动力学分析和齿轮的优化设计提供了基础条件。     

某重型车床横向进给系统传动刚度分析与实验研究

进给伺服系统的性能对数控机床的跟踪及定位精度、加工表面质量等有着重要的作用。针对某重型车床的横向进给系统,综合考虑了轴的扭转刚度、齿轮的啮合刚度、丝杠螺母副接触刚度和丝杠支承轴承的轴向刚度等因素,建立了等效单自由度力学模型,分析刚度因素对工作台输出行为的影响。通过仿真计算分析了中间传动链各个刚度环节对工作台综合刚度的贡献量,找出了传动链的刚度薄弱环节。现场实验测试了工作台不同进给位置下的临界爬行速度,得到了临界爬行速度与丝杠的轴向刚度的关系,理论分析与实验结果相吻合。所得结论为该重型车床横向进给系统的优化设计提供了理论支持。     

计及摩擦影响的直齿轮时变啮合刚度计算方法

针对现有的齿轮时变啮合刚度计算模型不考虑时变摩擦影响的问题,以一种弹流润滑状态下的时变摩擦系数为基础,通过推导齿轮副的齿面速度、滚滑比、卷汲速度、赫兹应力,得到了弹流润滑状态下,考虑单双齿啮合情况下载荷变化的时变摩擦系数;并应用于势能法刚度计算模型,提出了计及齿面摩擦的时变啮合刚度计算方法。计算结果表明:齿面摩擦对时变啮合刚度有很大的影响;在节点位置,不存在相对滑动,刚度和不考虑摩擦情况一致;在单双齿啮合区的临界点,单齿刚度存在突变的现象;随着载荷的增大,时变啮合刚度减小。该方法同样适合于其它摩擦模型,从而为后续进行考虑摩擦影响的齿轮动力学分析提供新的时变啮合刚度理论基础。     

双联行星轮角度偏差对系统均载特性的影响

为了研究双联行星齿轮在实际设计参数下,其相对角度偏差对复合行星传动系统动力学特性的影响,采用集中参数法建立了3K-I型行星齿轮动力学模型,模型中将双联行星齿轮的相对角度偏差转化为啮合副齿侧间隙的变化,考虑了双联齿轮角度偏差、轮齿侧隙和时变啮合刚度等非线性因素,采用龙格库塔法求解了系统的时域响应并计算其均载系数。分析了不同工况、偏差下系统的动态特性。结果表明,存在双联行星轮角度偏差时,轻载下更容易发生齿轮的脱齿与冲击,系统的均载系数随着双联行星轮角度偏差差值及系统的负载降低而增大,各组行星轮角度偏差分布越集中,角度偏差对系统均载特性的影响越小;角度偏差分布同号时,对系统中某一对齿轮的承载影响明显;角度偏差分布异号时,对系统均载特性的影响最大。     

不同模量理论弹性支承连续梁及框架

弹性支承连续梁及框架结构的内力不仅与各杆件的刚度有关，而且与支承结构的刚度有关．当引入拉压不同模量后，各杆件的抗弯刚度EI不再为常数(与经典力学不同)，而是内力的函数，使结构内力计算成为非线性问题．用分段积分法推导出不同模量弹性支承连续梁及框架的中性轴公式和内力计算表达式并编制非线性内力计算迭代程序．通过实例计算对比分析不同模量与经典力学相同模量两种方法计算结果的差异，最后提出对该类结构计算的合理建议以及利用不同模量对结构进行优化的结论．     

谐波齿轮系统的快慢振荡机制研究

谐波齿轮减速器是一种新型的传动装置, 因其具有诸多的优点, 因而得到了广泛应用. 谐波齿轮减速器涉及不同振荡尺度之间的耦合作用, 这通常会诱发复杂的快慢振荡, 严重影响了谐波齿轮系统的正常工作. 本文考虑涉及扭转刚度非线性因素的谐波齿轮系统, 旨在研究系统的快慢动力学, 揭示新型的快慢振荡机制. 首先, 构建了非线性扭转刚度下的谐波齿轮系统的快慢动力学模型. 然后, 通过改变扭转刚度系数, 得到了系统从常规振荡向快慢振荡的转迁过程. 接着, 简要地论述了有关快慢系统的基础理论. 在此基础上, 采用快慢分析法研究了快子系统的动力学特性, 揭示了快慢振荡的产生机制. 研究表明, 当系统参数改变时, 快子系统的平衡点曲线并未发生失稳或分岔; 然而, 在某一点附近, 平衡点曲线能够产生急剧量变, 其特征是平衡点在局部小范围内可以在正坐标值与负坐标值之间快速转迁. 在此基础上, 揭示了一种诱发快慢振荡的新型动力学机制, 比较了这种诱发机制与其他相关机制之间的区别. 本文丰富了系统通向快慢振荡的路径, 为实际谐波齿轮传动系统中的快慢振荡机理与控制研究提供参考.      

用广义胞元法研究弱界面复合材料偏轴拉伸强度

本文用广义胞元法结合应力集中系数模型，从细观、宏观力学结合的角度，预测了弱界面复合材料偏轴拉伸强度值．用广义胞元法/高精度广义胞元法计算复合材料开裂前和开裂后的应力场，引入基体应力集中系数以得到基体真实应力．在计算真实应力时根据宏观试验现象考量是否对界面开裂后的复合材料进行刚度衰减，最终形成4种方案计算出复合材料的偏轴拉伸强度．通过对比芳纶纤维和亚麻纤维两种弱界面复合材料的偏轴拉伸强度试验值，找到了最可靠的预报方案并具有良好的预报精度．     

齿轮－转子－滑动轴承系统时变非线性动力特性研究

本文应用求周期解的数值计算方法─—打靶法和判定周期解稳定性的Ｆｌｏｑｕｅｔ乘子研究了齿轮－转子－滑动轴承系统中齿轮啮合时变刚度，滑动轴承非线性特性对转子系统不平衡响应和失稳的影响，并比较了平衡位置失稳和不平衡响应周期解失稳，以及按双轴计算与单轴计算结果的差别，为工程设计理论计算提供基础。     

基于最优参数控制方法的齿轮系统混沌控制

基于最优参数控制方法,实现了齿轮传动系统中的混沌控制．以经典的间隙单齿轮副非线性动力学模型为研究对象,以啮合静载荷为控制参数,通过混沌吸引子中轨线的观测近似得到目标周期不动点、系统在目标不动点处的雅克比矩阵以及在控制原始参量处的梯度矩阵．最后运用最优参数控制策略计算得到啮合静载荷的小扰动量,实现了把齿轮系统的混沌运动镇定周期一轨道上的目的．研究结果表明,基于最优参数控制方法的控制过程,只是在控制的前几个周期内需要控制参数产生相对较大的扰动量,随着控制的继续进行,扰动量几乎稳定到了某一固定值,不再需要较大的变动．而且控制参数计算所需要的中间参量可以直接由混沌吸引子中轨线的观测近似得到,因而控制容易实现．     

齿轮—转子—滑动轴承系统时变非线性动力特性研究

本文应用求周期解的数值计算方法－打靶法和判定周期解稳定性的Ｆｌｏｑｕｅｔ乘子研究了齿轮－转子－滑动轴承系统中齿轮啮合时变刚度，滑动轴承非线性特性对转子系统不平衡响应和失稳的影响，并比较了平衡位置失稳和不平均响应周期解失稳，以及按双轴计算与单轴计算结果的差别，为工程设计理论计算提供基础。     

渐开线直齿轮弹流润滑条件下的多轴疲劳寿命预估

本文中基于弹流润滑分析和次表面应力建立了渐开线直齿轮多轴疲劳寿命计算模型.相对于传统的单轴疲劳模型,考虑了齿轮固定点的应力历史和材料属性对疲劳寿命的影响,并可以得到齿轮在完整啮合过程中的寿命分布.首先建立齿轮的有限长弹流计算模型,得到齿轮啮合过程中的油膜压力和油膜厚度,再根据油膜压力计算出次表面的应力分布;通过分析齿轮计算区域随啮合过程移动的关系,得到固定点的应力历史,再根据基于应力历史的多轴疲劳寿命模型对齿轮的完整啮合过程进行寿命预估.计算分析了不同粗糙度幅值对轮齿各点寿命大小和分布的影响.研究表明:齿面粗糙度对疲劳寿命的影响显著,随着粗糙度幅值的增大,表层下最大应力向齿面移动,导致低疲劳寿命区向齿面发展且逐步扩展到整个单齿啮合区;而表面粗糙度降低到一定程度则对疲劳寿命的影响变得不明显.     

齿轮传动系统共存吸引子的不连续分岔

大量的多吸引子共存是引起齿轮传动系统具有丰富动力学行为的一个重要因素.多吸引子共存时,运动工况的变化以及不可避免的扰动都可能导致齿轮传动系统在不同运动行为之间跳跃变换,对整个机器产生不良的影响.目前,一些隐藏的吸引子没有被发现,共存吸引子的分岔演化规律没有被完全揭示.考虑单自由度直齿圆柱齿轮传动系统,构建由局部映射复合的Poincaré映射,给出Jacobi矩阵特征值计算的半解析法.应用数值仿真、延拓打靶法和Floquet特征乘子求解共存吸引子的稳定性与分岔,应用胞映射法计算共存吸引子的吸引域,讨论啮合频率、阻尼比和时变激励幅值对系统动力学的影响,揭示齿轮传动系统倍周期型擦边分岔、亚临界倍周期分岔诱导的鞍结分岔和边界激变等不连续分岔行为.倍周期分岔诱导的鞍结分岔引起相邻周期吸引子相互转迁的跳跃与迟滞,使倍周期分岔呈现亚临界特性.鞍结分岔是共存周期吸引子出现或消失的主要原因.边界激变引起混沌吸引子及其吸引域突然消失,对应周期吸引子的分岔终止.     

风力机传动链多体系统动力学建模方法研究

以兆瓦级水平轴风力发电机组传动系统为研究对象,基于多体系统建模理论和集中参数法建立了精细的传动系统动力学模型。将传动系统分解成若干子系统,并进一步细化传动系统内部结构;根据子系统动力学模型和边界条件综合得到了传动系统的动力学方程;通过Matlab/Simulink构建相应的仿真模型,并应用其对1.5MW风力机传动链进行了仿真计算。结果表明:考虑齿轮箱各部件的柔性后,传动系统关键部件的振动出现较大范围的波动,且增加了机组总传动比的不稳定性。最后将仿真结果与多体系统动力学软件Adams建立的传动系统虚拟样机运行结果进行了比较,两者振动位移变化关系基本相同,验证了本文模型的有效性。此建模方法为实验室模拟风力发电系统和机组部件的优化设计提供了理论依据。     

基于等效刚度的矩形孔蜂窝梁钢框架结构内力计算方法

蜂窝梁钢框架结构因梁截面沿长度周期性变化，不能直接采用普通钢框架结构矩阵位移法计算框架内力和位移．本文基于等效刚度法推导了矩形孔蜂窝梁的等效抗弯刚度、抗剪刚度和轴向刚度，建立了矩形孔蜂窝梁的单元刚度方程，提出了矩形孔蜂窝梁钢框架内力和位移计算方法．算例理论计算结果与有限元分析结果表明，两种方法计算结果非常接近．本文提出的等效刚度法概念清晰，准确性好，适用于计算蜂窝梁钢框架结构的内力和位移．     

变截面Timoshenko梁的单元刚度矩阵

变截面构件在工程中应用广泛,在对变截面梁进行数值计算时,需要建立变截面梁单元的刚度矩阵。该文采用势能驻值原理,考虑了轴力引起的几何非线性和剪切变形的影响,将梁截面刚度的变化率作为小量,得到了近似到二阶的单元刚度矩阵。在构造位移模式时,从梁的微分平衡方程出发,得到同样近似到二阶、分别以三次和五次多项式表示的剪切和弯曲位移模式。该文还证明了单元刚度矩阵的奇异性,给出了轴压刚度的表达式,定量论证了与某些精确解的误差,表明在一定范围内,该文的结果具有足够的精度。最后以一个计算实例说明该文的单元刚度矩阵具有较快的收敛性。