齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合非线性振动特性研究

针对存在不对中因素的花键联轴器齿轮-转子-轴承系统,考虑齿轮啮合力和花键联轴器啮合力的影响,引入轴承非线性赫兹力,建立齿轮-转子-轴承系统动力学模型,推导了弯扭耦合振动的动力学微分方程。通过进行数值仿真求解,结合随轴承非线性参数变化的分岔图等,研究了啮合频率、滚子数目和轴承游隙等参数对系统振动响应特性的影响规律,为齿轮转子耦合系统参数选择、诊断和安全运行提供了理论依据。     

转子-不对中花键联轴器系统动力学特性研究

推导了花键联轴器不对中啮合力模型,基于有限元分析建立了考虑花键联轴器不对中效应的转子系统动力学方程,数值计算模拟出不对中啮合力对转子-花键联轴器系统动力学特性影响规律。理论分析和仿真结果表明：花键联轴器不对中啮合力与联轴器的结构参数、传递扭矩、静态不对中和动态振动位移等有关,且联轴器的刚度并非一个恒定的常数,其与动态振动位移有关,并依赖于静态不对中。系统动力学特性表现为：花键联轴器连接的转子系统没有不对中时,系统的响应以1倍频为主;存在不对中时,响应出现2倍频;不对中量增加时,响应的轴心轨迹偏离原点,且各频率成分的幅值增加,系统的振动变得复杂。研究结果可以为花键联轴器连接的转子系统的不对中故障诊断提供依据。     

花键联轴器对转子-轴承系统稳定性影响研究

推导了松配合矩形花键联轴器考虑脱开临界状况的啮合力模型,基于有限元法建立了考虑圆柱瓦滑动轴承非线性油膜力和花键联轴器啮合力作用的转子-联轴器-轴承系统动力学模型,并用数值积分研究了联轴器啮合力对转子-轴承系统稳定性的影响规律.研究结果表明:花键联轴器的横向刚度对其连接的转子-轴承系统发生油膜振荡的失稳转速影响较小,而转角刚度影响较大;对于松配合花键联轴器,如果不考虑其转角刚度,用线性化的啮合刚度模化联轴器得到的转子-轴承系统的失稳转速要高于用力模化的系统的失稳转速;因此,工程用线性刚度代替啮合力模化联轴器将掩盖系统真实的失稳转速,这种简化对转子系统运行来说是不安全的.研究结果为获得转子-花键联轴器-轴承系统真实的失稳转速提供理论依据,研究思路对其他类型联轴器动力学建模具有借鉴意义.     

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明：随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。     

考虑滑动轴承时变动力学参数的齿轮系统建模及分析

为了对齿轮系统进行更加深入的研究,综合考虑时变轴承动力学参数以及动态齿侧间隙的影响,建立了齿轮系统动力学模型并进行了振动响应分析。以圆柱直齿轮为研究对象,将动压润滑轴承模型与齿轮啮合模型相结合,并计入动态齿侧间隙的影响,建立了系统的动力学微分方程。提出了一种齿轮-滑动轴承耦合系统的求解方法,分别研究了轴承间隙、齿侧间隙以及转速对系统振动响应的影响。结果表明:滑动轴承动力学参数的时变特性有助于改善系统的振动响应;在一定范围内增加轴承间隙以及齿侧间隙可以减小齿轮动态啮合力以及径向振动;随着齿轮转频的增加,系统的振动响应幅值减小,运动趋于平稳。     

箱体柔性对齿轮传动系统动态特性的影响分析

分别建立了齿轮、轴、轴承及箱体的阻抗模型,并采用阻抗综合法建立了"齿轮-轴-轴承-箱体"耦合动力学模型,实现了传动系统与箱体的耦合。以单级斜齿轮减速器为对象,计算了"齿轮-轴-轴承-箱体"耦合系统的固有频率,以及耦合系统在轮齿时变啮合刚度激励下的齿轮动态啮合力及轴承动态支反力,并与不耦合箱体的情况进行了对比。结果表明:耦合箱体后,系统的固有频率降低了;箱体柔性对轴承动态支反力的影响要大于对齿轮动态啮合力的影响;考虑箱体柔性后,系统的振动可能减小,也可能加剧,取决于系统的工作转速。     

间隙对齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合振动的影响分析

综合了动态侧隙、齿面摩擦、齿轮偏心及时变啮合刚度等因素,建立了齿轮-转子-滚动轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型,通过分析动态侧隙及轴承间隙对系统的影响来探究轴承端与齿轮端振动之间的耦合作用关系。结果表明:相对于无间隙系统,动态侧隙下轴承端的径向振动在高速区较为强烈,而齿轮的扭转振动在整个转速区幅度较大,随转速变化时系统提前通过非线性跳跃进入主共振区。动态侧隙的改变对轴承端的振动影响不大,但对扭振作用明显;轴承间隙的大小对系统径向和扭转振动有着显著影响,随着轴承间隙的变化,两者的时域特征及频谱存在着规律性的变化;另外,轴承间隙直接影响着动态侧隙的大小。分析结果对含间隙齿轮转子系统的研究具有重要的理论与工程价值。     

高速齿轮转子系统弯扭耦合振动研究

针对实际高速齿轮转子系统,建立了考虑齿轮啮合及扭转作用的弯扭耦合非线性振动模型,推导了不平衡转子弯扭耦合振动的动力学微分方程,通过数值仿真方法得到了工作转速下齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征图形,得出齿轮啮合、扭转作用下的齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征,研究了偏心距、齿轮啮合刚度等参数对系统振动响应的影响规律,为齿轮转子耦合系统的结构优化设计、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据.     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

考虑内部激励随机性的两级分流式人字齿轮传动动力学特性

根据某特种装备用两级分流式人字齿轮传动系统的构型特点,考虑轴承变形、啮合刚度、啮合误差和齿侧间隙等因素,建立了两级分流式人字齿轮传动系统的轴承-齿轮耦合非线性动力学模型。采用Runge-Kutta逐步积分法求解系统的非线性动力学微分方程,从而获得随机啮合刚度和啮合误差激励作用下两级分流式人字齿轮传动系统的动态啮合力和动态支承力及其频谱,采用Monte Carlo仿真获得动态啮合力和动态支承力的统计特征,研究了啮合刚度和啮合误差随机性对动态啮合力和动态支承力的影响规律,为两级分流式人字齿轮传动系统动力学优化以及动态可靠性优化奠定基础。     

完整约束下齿轮啮合转子系统的弯扭耦合振动稳态响应

在不脱齿等基本假设下，根据齿轮啮合原理和轮齿的齿面方程，推导了齿轮形心的横向位移和齿轮扭转角之间的约束关系式，从Lagrange方程出发，同时考虑齿轮啮合和不平衡效应，建立了直齿齿轮啮合转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型。分别在质量偏心和扭转激励作用下，分析了系统的弯扭耦合振动稳态响应。结果表明：两者均会引起弯曲振动和扭转振动，并且响应的幅值与系统的参数有关。     

曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应影响研究

高速列车曲线通过时,车辆系统受力状态比直线行驶更为复杂,加上列车复杂车轨耦合系统,列车牵引齿轮传动系统动力学响应难以预测,所以探究曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应的影响,对于判断牵引齿轮传动系统运行状态是必要的。通过有限元缩聚与轨道车辆动力学相结合方法,运用SIMPACK软件建立了高速列车刚柔耦合精细化动力学模型,考虑齿轮箱、齿轮副和轮对的柔性,研究不同曲线通过参数对齿轮箱动力学响应的变化规律。结果表明超高值和曲线半径对齿轮箱各轴承振动加速度影响规律不同,对齿轮副传动误差峰峰值及径向力幅值变化影响较大,对齿轮时变啮合刚度、接触应力、轴向力和圆周力幅值变化影响较小。     

某直升机主减传动系统振动能量传递特性研究

基于超单元方法和节点有限元法建立考虑轴系柔性和机匣柔性的齿轮-转子-机匣耦合系统动力学模型,推导了各类齿轮副的啮合关系,以直升机主减速器为研究对象,通过振动响应试验验证了模型的有效性。从振动能量的角度研究耦合和不耦合柔性机匣两种情况下,齿轮副作为振动激励源时系统模型中产生的多级齿轮激励现象和作为传递结构时对振动能量的传递特性。研究结果表明:耦合机匣后,各级齿轮振动能量贡献占比的极值点数量减少,与目标点相邻的齿轮激励源在该节点处振动能量贡献占比整体上升,不相邻的齿轮激励源在该节点处能量贡献占比整体下降;齿轮啮合刚度和啮合阻尼比的增加会提高齿轮副对振动能量的传递能力,啮合误差的增加会降低其对振动能量的传递能力,而耦合柔性机匣会放大齿轮啮合特性对其振动能量传递能力的影响。     

DH型压缩机齿轮-轴承-转子系统动力学分析

基于转于动力学和齿轮啮合基本原理，建立了一般齿轮稠合轴系弯扭耦合振动方程。对某DH型压缩机转于系统进行了详细地动力学分析，提出了改进该类压缩机转于系统设计的具体建议。     

含摩擦力的行星齿轮传动系统非线性动力学模型

建立了一种考虑摩擦力、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合啮合误差的2K-H型行星齿轮平移-扭转耦合非线性动力学模型。分析计算了啮合齿对间的相对位移,根据啮合区啮合齿对数不断变化的特点,推导出不同啮合齿对间摩擦力力臂计算公式,考虑了双齿啮合区的齿面摩擦力对齿轮系统振动的影响,推导了系统多间隙,变参数和多自由度的动力学微分方程组。最后运用变步长Gill积分法求解系统多自由度间隙型非线性微分方程组,得到了考虑滑动摩擦力影响时系统的振动响应。     

齿轮-轴承传动系统擦边碰撞的动力学特性分析

齿面间的擦边碰撞是齿轮-轴承传动系统中一种特殊碰撞形式,可能会导致系统的动力学特性发生改变。为深入探究擦边碰撞对齿轮系统动力学特性的影响,基于频闪映射、齿面和齿背碰撞面Poincaré映射得到系统周期及啮合力变化规律,揭示齿轮副啮入、啮出冲击特性。并利用分岔图、啮合力变化图、相图和最大Lyapunov指数图(the largest Lyapunov exponent, TLE)分析擦边碰撞对系统动力学特性的影响。研究表明,擦边碰撞会引起系统动力学行为发生复杂的变化,导致系统运动和冲击状态发生改变。当啮合力突变点处TLE小于零时,系统周期保持不变而啮合力发生突变,但相轨迹的拓扑结构未发生变化。当啮合力突变点处TLE近似为零时,系统运动发生分岔,系统周期数和啮合力均发生改变。该研究揭示了齿轮-轴承系统擦边碰撞引起的一些复杂动力学现象,为系统的安全运行、优化设计等方面提供参考。     

非线性油膜力作用下叶片-转子-轴承系统弯扭耦合振动特性研究

建立了叶片-转子-轴承系统模型,并分析了考虑非线性油膜力作用下系统的弯扭耦合运动。为了考虑叶片弯曲变形的影响,将叶片模化为悬臂梁结构,利用假设模态法进行离散求解,通过Lagrange方法建立系统的运动方程,运用Runge-Kutta法对所得动力学方程进行数值求解,最终通过对分岔图、三维谱图、相图和Poincaré映射的分析,得到了叶片-转子-轴承系统中蕴含的各种复杂非线性动力学行为。通过与不考虑叶片的转子-轴承系统进行比较,指出叶片的弯曲振动使系统的不稳定区域提前,并在某些转速下激起系统的混沌运动。     

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。     

叶片丢失对齿轮涡扇发动机风扇轴振动影响的研究

针对齿轮涡扇发动机(Geared Turbofan Engine,GTF)的动力学设计要求,考虑叶片丢失后引起的突加不平衡激励、齿轮时变啮合刚度和啮合误差对系统振动特性的影响,采用考虑剪切变形Euler-Bernoulli梁单元建立风扇-齿轮-轴-轴承-机匣耦合关系的系统动力学模型。在单个叶片完全丢失的风车状态下,对比含有齿轮系统的齿轮涡扇发动机风扇轴的振动特性和不含齿轮系统的发动机风扇轴的振动特性区别。研究在不同转速下齿轮系统对齿轮涡扇发动机风扇轴振动的影响。研究结果表明:含有齿轮系统的齿轮涡扇发动机风扇轴的轴心轨迹呈现多频涡动,且轨迹都在一个稳定的极限环内;在风车状态下,啮合频率与模态频率有多个交点,系统的临界转速分布更为密集。研究结果为齿轮涡扇发动机的参数设计和后续改进提供参考。     

高速机车牵引齿轮传动系统动态特性及非线性因素影响研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度、齿面间隙、轴承游隙等多种非线性因素影响,并考虑高速机车齿轮传动系统三维空间五个方向的振动响应,建立高速机车齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合多自由度动力学分析模型。对动力学方程进行无量纲化后,采用4阶变步长Runge-Kutta法对高速机车齿轮传动系统动力学模型进行求解得到高速机车齿轮传动系统时间历程曲线和幅频响应曲线。定量给出齿轮内部激励、齿面间隙、轴承游隙等参数等对高速机车齿轮传动系统的影响,为齿轮的动态优化设计和齿面侧隙、轴承游隙等参数的合理选择提供理论基础。