基于兆瓦级风电齿轮箱传动特性的齿轮修形研究

考虑多工况下兆瓦级风电齿轮箱各齿轮副具有不同的啮合特性,提出了一种齿轮修形的优化方法.基于Romax Designer软件对某兆瓦级风电齿轮箱齿轮进行多工况仿真分析,定位啮合特性各异的问题齿轮副;采用现有修形公式初算问题齿轮副各修形量,分析了各修形量在微调范围内齿轮齿面单位载荷与传动误差幅值的变动趋势;依据该变动趋势及齿轮啮合特性的差异,提出了一种判断优化目标函数单调性的修形量寻优方法.寻优结果表明,修形后齿轮齿面载荷分布和传动误差幅值明显优化,兆瓦级风电齿轮箱齿轮振动噪音及破坏的情况明显改善.     

高速内啮合人字齿轮多目标优化修形

为提高高速内啮合人字齿轮的啮合性能,提出一种考虑弹性轴支撑变形的齿面多目标优化设计方法.通过轮齿接触分析和承载接触分析计算齿面接触线离散点载荷以及一个啮合周期的轮齿承载变形.应用基于混合弹流润滑模型的摩擦系数回归方程确定离散点的局部摩擦系数,利用Blok闪温公式求得高速啮合传动的齿面闪温.以承载传动误差幅值最小、齿面闪温最小、齿面载荷分布均匀为优化目标,采用遗传算法确定齿面最佳修形量.实例计算结果表明:在无误差角和有误差角两种情况下,齿面修形后,承载传动误差幅值都大幅下降,啮入区和啮出区齿面闪温都明显降低;由于避免了边缘接触,齿面载荷分布得到了有效改善.提出的优化设计方法结果可靠,是高速齿轮修形设计的有效手段.     

直齿圆柱齿轮啮合效率的研究

迄今所有的齿轮效率公式推导时都把齿面载荷做较大的近似处理,即单齿啮合区齿面法向载荷 F_n=W,双齿啮合区 F_n=1/2W.此外还忽略了减速传动与增速传动的影响.作者利用ISO 标准推荐的齿面载荷分布规律(如图2),并考虑了增、减速传动的影响,推导计算了齿轮啮合效率计算式.另外本文还推导计算了塑料齿轮的啮合效率公式.     

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。     

基于动力学的渐开线圆柱齿轮的啮合效率

提出了基于动力学的渐开线齿轮啮合效率计算模型。通过求解动力学方程获得任意啮合时刻的齿面动载荷、摩擦力和考虑到波动的表面速度,并计算瞬时输入功率和损耗功率后可得瞬时啮合效率。通过计算一个啮合周期内的总输入功和损耗功,可得到平均啮合效率。研究了不同载荷分配模型、最大修形量、转速和转矩等对啮合效率的影响。结果表明:为准确估算齿轮啮合功率损失和啮合效率,应建立较准确的载荷分配模型;对齿顶进行适当修形能有效减小双齿啮合区的摩擦损耗,从而提高齿轮传动效率;转速和转矩平均啮合效率有较大影响。     

考虑多体承载啮合斜齿行星齿轮动载特性分析

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其动载特性研究对减振降噪具有重要意义。正确地描述行星齿轮系统的啮合刚度和啮合误差是进行动力学分析的前提,为此,紧密结合齿轮几何分析与力学分析,提出行星齿轮承载接触分析技术,获得各齿轮副的耦合时变啮合刚度,并计算其啮合冲击力,为行星齿轮动力学深入分析奠定基础;其次,应用集中参数法建立考虑齿轮副安装误差、刚度激励及啮合冲击激励的斜齿行星传动啮合型弯-扭-轴动力学模型,采用数值法求解系统的动载特性。表明：考虑啮合冲击激励时,随转速的增加动载荷增加更为明显;共振转速附近,啮合冲击对动态啮合力的影响较小;安装误差特别是中心距误差是引起各齿轮副啮合刚度不同的主要原因,其进一步导致了系统的共振转速变多;行星轮浮动可以明显降低共振转速处的动载荷,由于各外（内）齿轮副刚度的不同,随转速的增加行星轮浮动使得部分齿轮副的动态啮合力明显降低。     

三轴减速系统的转子动力学特性研究

针对含有面齿轮传动的三轴减速系统进行动力学特性分析,主要研究系统的转子动力学性能.考虑了面齿轮的传动特性,建立了面齿轮啮合转子系统的动力学模型.建立系统的有限元模型,进而分析临界转速与不平衡响应特性.结果表明:单轴经过齿轮啮合成为系统时会耦合出新的频率和临界转速,也会丢失部分单轴的固有频率,面齿轮的固有频率在整个系统中影响很大.转子系统在运转时受到不平衡力而产生不平衡响应,位移方向上会受到所在转轴上转动频率的激励,转动角位移方向上会受到三根转轴转动频率的激励.转子系统在转动时,随着转速的上升转子的幅值增加,且最大振幅位置在各轴的跨中位置和外伸轴端.     

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。     

含离合器的齿轮传动系统的拍击动力学行为研究

在考虑主动轴驱动转矩波动、齿轮副齿侧间隙及离合器间隙的情况下，建立了同时含有离合器间隙和齿侧间隙的齿轮传动系统(简称双间隙系统)拍击振动分析的集中质量模型。计算了不同激励频率下齿轮传动系统振动性态随着激励幅值的增大而变化的规律，并与仅含齿侧间隙的齿轮传动系统(简称单间隙系统)的情况作了比较。计算结果表明：双间隙齿轮传动系统的临界激励幅值(开始脱啮的激励幅值)随激励频率变化的规律与单间隙系统的情况类似，即当激励频率较小时，随着激励频率的增大，临界激励幅值减小，并在频率为固有频率的1／2左右处有极小值。但在同一激励频率下，双间隙系统的临界激励幅值仅为单间隙系统情况下的1／2左右，说明双间隙系统更容易脱啮。齿轮副和离合器系统在工作过程中会出现：①啮合；②时而啮合时而脱啮；③脱啮三种现象。由于离舍器间隙与齿侧间隙的相互影响，随着激励幅值的增大，双间隙系统会产生(D和②的交替出现，或者②与③的交替出现。而当离舍器和齿轮副分别处于②和③现象或者①与②现象时，系统有可能出现多周期振动或拟周期振动。     

斜齿轮传动的啮合刚度计算及其主共振分析

斜齿轮是机械装备的重要传动元件,其啮合刚度的准确计算和传动系统的稳定性分析具有重要的实际意义。根据斜齿轮轮齿接触线的变化规律,结合斜齿轮单对齿单位长度啮合刚度变化规律和ISO刚度计算准则,提出一种斜齿轮啮合刚度计算方法,分析了不同参数下斜齿轮传动的啮合刚度波动特性;基于分析所得的啮合刚度变化规律建立了斜齿轮传动的动力学模型,并利用多尺度法对动力学模型进行了求解,研究了外加载荷和啮合刚度波动对斜齿轮传动主共振的影响。结果表明：给出的斜齿轮啮合刚度计算方法能够较快速、准确地获取啮合刚度波动变化规律,将其引入斜齿轮动态特性分析中,能够更加准确地反映斜齿轮啮合刚度波动和载荷波动对系统主共振稳定性的影响规律;在其他条件不变时,斜齿轮主共振稳定性随静载荷和啮合刚度波动增加而增加,但较大静载荷会导致主共振频率增大,而且在高频激励下,即使较小的啮合刚度波动也会触发主共振的不稳定;载荷波动增加会使斜齿轮主共振幅值增大,使系统稳定性变差。