计及摩擦的多状态啮合渐开线直齿轮系统动力学建模分析

建立计及摩擦影响的多状态啮合渐开线直齿轮传动系统动力学模型。考虑弹流润滑、混合润滑及干摩擦的摩擦模型,基于渐开线直齿轮传动的啮合原理和轮齿受力情况,分段处理齿轮传动系统的啮合状态,并推导系统在齿面啮合、轮齿脱啮以及齿背啮合工作状态下的动力学方程。数值研究不同摩擦模型对系统动态啮合力和运动轨迹的影响规律。发现不同的摩擦模型对动态啮合力振动幅值的影响程度不同,而对运动轨迹的影响与齿面、齿背冲击有关,无齿面、齿背冲击时其对运动轨迹的影响较大,发生齿面、齿背冲击时其对运动轨迹的影响较小。通过定义3种不同的Poincaré映射,分析了载荷变化对系统啮合状态的影响规律。发现载荷较大时系统为齿面啮合状态;随着载荷减小,周期性的轮齿脱啮现象被发现;当载荷较小时,系统出现了周期性的轮齿脱啮和齿背啮合现象,引起轮齿间的冲击振动。     

人字齿轮系统齿根动应力计算与对比试验

为了准确地计算人字齿轮的齿根动应力,建立了考虑误差激励、时变啮合刚度激励、啮入冲击激励和齿侧间隙影响的人字齿轮传动系统十二自由度啮合型弯-扭-轴耦合动力学模型,提出考虑实时动载荷对齿间载荷分配系数影响的齿根动应力计算方法．以某船用人字齿轮副为实例进行的仿真计算结果表明:随着外载荷和输入转速的增加,人字齿轮传动系统齿根动应力最大值均呈增加趋势;由于齿侧间隙的存在,随着外载荷增加,齿根动应力的相对波动趋势经历了先减小后增大的过程．试验数据与数值仿真基本吻合,较准确地反映了齿根动应力的波动趋势．     

椭圆齿轮传动系统非线性动态特性分析

为获得椭圆齿轮副工作时的振动规律,以实现其稳定、高效传动,在分析椭圆齿轮固有特性的基础上对椭圆齿轮非线性动力学特性进行了研究。以齿轮动力学理论为基础,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差、粘弹性阻尼的椭圆齿轮非线性动力学模型,利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对椭圆齿轮传动系统非线性动力学方程进行求解,绘制了系统的位移响应,相轨迹以及Poincaré映射,得到激励频率、阻尼比、时变啮合刚度、以及内部激励4个控制参数对传动系统动态响应的影响。椭圆齿轮副动力学模型的建立、求解和参数影响分析可以为后续的动态设计、不同参数下的振动响应趋势预测以及降噪提供一定的理论依据。     

齿根疲劳裂纹扩展致传动系统振动异常特征的仿真研究

为研究齿轮啮合过程中齿根疲劳裂纹扩展与齿轮传动系统振动特性之间的关系,建立了含齿根裂纹的齿轮对接触分析有限元模型,模拟了齿根裂纹的扩展过程。通过提取有限元分析结果中的啮合齿面节点位移和接触力信息,求得齿轮时变啮合刚度,进而得到齿轮啮合刚度随齿根疲劳裂纹扩展的退化规律;将该刚度变量代入8自由度齿轮振动系统的运动微分方程动力学模型中,进一步研究齿根裂纹扩展与传动系统振动之间的关联性。仿真结果表明:当齿轮单个轮齿含齿根裂纹时,该轮齿啮合振动时域信号异常的范围为单齿-双齿-单齿三个连续区间,其中双齿啮合区间振动冲击响应最为明显。随着齿根裂纹的扩展,该齿时域振动信号振幅显著增大;频域内的振动信号中各倍频的峰值基本不变,高频区域最先出现边频带,并且边频带向低频区域扩展,且幅值也逐渐增大。该研究结果可以为裂纹故障识别检测提供一定的理论依据。     

汽车后雨刮器齿轮连杆机构非线性动态性能分析

齿侧间隙、外部动态激励等为控制参数,利用 MATLAB/SIMULINK 对连杆齿轮非线性动力学模型进行数值 仿真。结果表明,随着齿侧间隙不断增大,系统由 2 周期响应过渡到 4 周期响应,系统动载荷幅值先减小后增大, 机构系统也趋于不平稳状态;随着输入转矩不断增大,系统由 2 周期响应逐渐过渡到混沌,系统动载荷幅值增大, 当输入转矩过大时,机构系统变为混沌状态。由此在控制齿侧间隙、外部动态激励在某一范围,能有效的控制齿 轮系统的非线性振动响应。该研究成果为齿轮连杆机构设计制造和安装以及参数优化提供了理论支撑。     

齿轮传动脱啮振动及控制

本文着重根据齿轮动力学原理分析了齿轮传动脱啮振动产生机理,并主要讨论下述三个问题:(1)脱啮产生的基本原理;(2)啮合冲击;(3)关于齿轮传动动态脱啮问题,如啮合刚度变化,动态耦合振动,侧隙效应。同时还讨论了脱啮振动与噪声的基本规律并建立数学模型,从理论上分析了载荷、转速、齿轮误差、啮合刚度,侧隙对脱啮影响所得的与实验研究完全一致,这为我们进一步深入研究齿轮副传动的动态特性,早期故障诊断,失效趋向预报提供了理论基础。     

风电齿轮箱齿轮传动系统非线性因素影响分析

针对风力发电机齿轮箱在实际风场中工况复杂的问题,采用集中质量参数法建立了风电齿轮箱传动系统高速级齿轮滚动轴承耦合动力学模型,考虑了传动系统的综合啮合刚度、误差激励、齿面侧隙和轴承径向刚度等非线性影响因素,对1.5 MW风力机齿轮箱传动系统的非线性动力学模型进行了仿真计算分析.采用Runge-Kutta法对模型进行求解得到传动系统的时域波形和幅频响应.结果表明:较小齿面侧隙会使系统出现较大振动响应,随着齿面侧隙增大,系统振动位移减小,会导致系统从周期走向混沌响应;轴承游隙的存在使系统产生混沌响应,呈现出非周期的特征.     

负载与支承刚度对面齿轮传动系统动态特性的影响分析

为研究负载及支承刚度变化时对面齿轮传动系统动态特性的影响,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传动误差、阻尼和负载激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF（Poincaré-Newton-Floquet）方法进行求解。计算结果表明,在不同的负载及支承刚度条件下,系统会出现简谐响应、次谐响应、拟周期响应及混沌响应4类稳态响应。增加负载及支承刚度能有效降低系统的动载荷,而增大支承刚度还可以减小面齿轮支承在方向与方向上的振动位移幅值差距。     

基于不同Poincaré截面的齿轮啮合接触冲击分析

为保证齿轮系统在啮合接触过程中稳定运行,基于含间隙单自由度直齿圆柱齿轮系统的非线性动力学模型,构建不同Poincaré截面。用延续算法和变步长4阶Runge-Kutta法对系统在不同激励频率和扭矩下的动力学特征进行仿真,得到系统关于周期激励、齿面啮合、齿背接触和脱啮运动的n-p-q-r运动规律,利用分岔图、最大Lyapunov指数图、相图和Poincaré映射图研究了系统的分岔和混沌特性。结果表明:当其他参数取定的情况下,频率取值为[0.5,0.607]∪[2.12,2.5]以及扭矩取值为[0.064,0.164 7]时,齿轮的传动最为平稳。     

含裂纹齿轮传动系统动力学特性研究

为研究齿根裂纹扩展导致的啮合刚度变化对齿轮箱振动的影响,基于含裂纹齿轮系统动力学模型分析了齿轮传动系统的动力学特性。首先建立了渐开线直齿轮两级传动系统的集中参数模型;然后根据该模型,利用数值方法模拟了齿根裂纹的扩展过程,进而采用能量法求解不同裂纹尺寸的齿轮时变啮合刚度;最后将刚度激励作为齿轮系统的激励,代入传动系统集中参数模型,得到传动系统的动力学响应。结果表明:在含裂纹轮齿啮合过程中,齿轮速度级振动时域信号产生周期性冲击变化,而加速度级振动时域信号产生更剧烈的振动冲击;系统负载和转速主要影响动力学响应的幅值、周期和相位;不同故障形式导致齿轮的动力学响应的频率发生变化,主要体现在峰值、频带分布上。该研究结果有助于了解齿轮萌生疲劳裂纹并扩展时齿轮传动系统的动力学特性,为齿轮系统健康状况检测提供理论依据。     

Slow driving control of tracked vehicles with automated mechanical transmission based on fuzzy logic

In order to move tracked vehicles at an extremely slow speed with automated mechanical transmission (AMT), slow driving function was added in the original system. The principle and requirement of slow driving function were analyzed. Based on analysis of slow driving characteristic, identification of slow driving condition and fuzzy control algorithm, a control strategy of the clutch was designed. In order to realize slow driving, the clutch was controlled in a slipping mode as manual driving. The vehicle speed was increased to a required speed and kept in a small range by engaging or disengaging the clutch to the approximate half engagement point. Based on the control strategy, a control software was designed and tested on a tracked vehicle with AMT. The test results show that the control of the clutch with the slow driving function was smoother than that with original system and the vehicle speed was slower and steadier.     

弧块-滚柱式低副超越离合器扭转刚度和接合能耗的研究

弧块-滚柱式低副超越离合器是一种新型低副超越离合器,具有接触应力小,传动能力大等优点.针对该离合器的扭转刚度和接合能耗问题,分析其物理本构关系,建立扭转刚度和接合能耗数学模型,并分别推导出计算公式.实例表明该离合器的扭转刚度和接合能耗分别是同等规格的传统滚柱式的3倍和1/10.该离合器在脉动无级变速器等高频接合机械传动系统中,增加系统稳定性和提高机械传动效率具有重要意义.同时,对该离合器的接触刚度进行试验,试验结果与计算结果吻合,证明文中数学模型的可靠性.该文的研究为弧块-滚柱式低副超越离合器的设计、动力学分析提供理论基础.     

变齿厚内齿轮平面包络外转子鼓形蜗杆传动装置设计

将鼓形蜗杆传动装置设计为机器人减速器并应用于机器人的转动关节,有利于机器人减速器的国产化。以变齿厚内齿轮齿面为工具齿面,通过分析鼓形蜗杆副的内啮合运动规律,建立6个标架。通过内齿轮上的辅助标架和工作标架,确定蜗轮转动角度、蜗杆转动角度及工作角度之间的关系。根据啮合原理,建立鼓型蜗杆副的啮合方程、二类界限曲线方程及一类界限曲线方程,再通过MATLAB R2013b绘制图像。依据U10PLUS KV170型电机参数,确定鼓型蜗杆传动装置的设计参数,通过MATLAB绘制蜗杆齿面螺旋线并输出ibl文件,再通过Creo2.0绘制鼓形蜗杆传动装置的3维模型。研究发现：1） 变齿厚内齿轮具有对称的楔形轮齿,在安装过程中可调节内齿轮的相对轴向位置,实现内齿轮与蜗杆在Creo虚拟环境下无干涉装配。2） 鼓形蜗杆副中心距为100 mm,与中心距为220 mm的相同设计参数的环面蜗杆副相比,鼓形蜗杆副的中心距减小,结构更加紧凑。3） 内齿轮设计宽度为110 mm,依据鼓型蜗杆副的接触线在蜗轮甲、乙两齿面的分布范围,确定内齿轮的工作宽度为75 mm。4） 分析一类界限曲线及蜗杆齿根线的空间位置关系,一界曲线分布在蜗杆齿根内部,确定无根切发生。5） 结合传统设计方法,设计具有驱动、传动及支撑一体化结构的变齿厚内齿轮平面包络外转子鼓形蜗杆传动装置。在驱动方面,电机安装在蜗杆内部,实现蜗杆与电机一体化;在传动方面,通过调整内齿轮的相对轴向位置,实现蜗杆副的侧隙调整和磨损补偿;在支撑方面,采用支撑轴进行定位安装,无需安装箱体,实现装置结构的简化。结果表明：内齿轮轮齿的对称楔形结构有利于蜗杆副的安装与调整,可实现蜗杆副的侧隙调整和磨损补偿,提高蜗杆传动副利用率;依据工作宽度设计内齿轮,有利于降低内齿轮制造成本;通过对蜗杆副的接触线、二类界限曲线、一类界限曲线及蜗杆齿根线的空间位置的分析,验证啮合传动的合理性;提出应用于机器人转动关节的驱动、传动及支撑一体化结构设计方案,实现变齿厚内齿轮平面包络外转子鼓形蜗杆传动装置的设计。     

基于ansys workbench的蜗杆斜齿轮静力学仿真

介绍了蜗杆斜齿轮副的特性和优点。利用UG制图软件建立蜗杆斜齿轮啮合的实体模型,运用ansys workbench仿真软件对啮合过程进行静力学分析,阐述了蜗杆斜齿轮啮合在ansys workbench软件中的分析过程,此分析方法广泛适用于不同参数的蜗杆—斜齿轮传动副。通过对该传动副应力和应变量的分析计算,设计者可以进行设计方案的确定。     

基于ansysworkbench的蜗杆斜齿轮静力学仿真

介绍了蜗杆斜齿轮副的特性和优点。利用UG制图软件建立蜗杆斜齿轮啮合的实体模型,运用ansysworkbench仿真软件对啮合过程进行静力学分析,阐述了蜗杆斜齿轮啮合在ansysworkbench软件中的分析过程,此分析方法广泛适用于不同参数的蜗杆一斜齿轮传动副。通过对该传动副应力和应变量的分析计算,设计者可以进行设计方案的确定。     

滚柱活齿传动的啮合建模与仿真

作者应用齿轮啮合原理,对滚柱活齿传动啮合副的啮合运动进行了研究,建立了该类活齿传动各啮合副的啮合方程,采用可视化编程开发了滚柱活齿传动的动态演示系统。     

花键摩擦对湿式多片离合器分离过程影响

为研究在不同花键摩擦因数下湿式多片离合器分离过程中的摩擦转矩和间隙变化,建立湿式多片离合器分离过程动力学数值模型,并提出不均匀系数以表征分离间隙均匀度。研究结果表明：分离过程中各摩擦副间隙首先缓慢增大,再迅速增大,剧烈波动之后趋于稳定;间隙稳定之后分离过程结束,而花键摩擦因数对分离过程持续时间几乎没有影响;不考虑花键摩擦时,各摩擦副均匀分离;考虑花键摩擦后,各摩擦副间隙从第一副至第六副依次减小,花键摩擦因数的增加显著恶化了分离间隙均匀度;分离过程的粗糙接触转矩初始值及其衰减速率随花键摩擦因数的增大而减小,分离过程末期的黏性转矩随花键摩擦因数的增大而增大。因此降低花键摩擦因数,有助于湿式多片离合器的均匀分离和降低带排转矩。     

双离合器式自动变速器换档品质评价与优化

从控制的角度出发将双离合器式自动变速器(DCT)换档品质评价指标进行了细分定义。基于MATLAB/Simulink搭建了某DCT样车整车模型。设计了控制品质评价系统。通过整车系统模型与评价系统的联合仿真,确定了控制目标,即各个评价指标的控制期望区间,从而为双离合器式自动变速器控制策略、控制算法提供参考和指导。在换档控制中以换档品质评价等级最高为目标函数,通过遗传算法的多目标优化方法,针对扭矩相、惯性相离合器切换时序的控制策略进行了优化,得到了离合器分离/接合速度的最优解集。基于双离合器式自动变速器整车系统模型和评价系统的仿真平台,给出了换档品质优化前后的仿真结果。整车试验结果表明:换档控制策略和控制算法优化方案是正确的,从而改善了DCT的换档品质。     

齿面摩擦激励对面齿轮传动系统 振动特性的影响

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了考虑齿面摩擦激励的面齿轮传动系统非线性动力学模型,基于4~5阶的自适应变步长的龙格库塔法对该模型进行数值仿真求解,结合分岔图、时间历程图、poincare图等分析齿面摩擦系数对系统的振动特性的影响,并研究不同参数对系统响应发生倍周期分岔时摩擦系数临界点的影响。结果表明:系统响应随齿面摩擦系数的增大依次呈现出单周期简谐响应、倍周期次谐响应、混沌响应;面齿轮齿宽和圆柱齿轮驱动扭矩越大,系统响应发生倍周期分岔时的摩擦系数临界点数值越大,且随着齿宽和驱动扭矩的增大,其摩擦系数临界点变化曲线斜率越小,驱动扭矩对其变化曲线斜率较齿宽影响大;面齿轮齿数和系统齿侧间隙越大,系统响应发生倍周期分岔时的摩擦系数临界点数值越小,其摩擦系数临界点变化曲线斜率随面齿轮齿数增大而减小,而齿侧间隙对其变化曲线斜率基本没有影响。