纯电动汽车高速斜齿轮传动振动特性分析

为研究高转速情况下时变啮合刚度和啮合冲击对斜齿轮传动振动特性的影响,以某纯电动汽车高速斜齿轮传动为研究对象,建立了弯-扭-轴动力学模型；采用改进的基于承载接触分析的计算方法获得时变啮合刚度曲线，并计算了啮合冲击时间及啮合冲击力幅值；分析了时变啮合刚度、啮合冲击以及两者综合3种激励条件下高速斜齿轮传动系统的振动特性。结果表明：时变啮合刚度激励下,在过共振区，转速变化对系统振动的影响不显著；啮合冲击激励以及综合激励条件下,系统振动随转速的升高而增大,与啮合冲击激励相比，综合激励下振动加速度增幅较缓。研究结果可为纯电动汽车高速斜齿轮传动的设计和工程应用提供参考依据。     

高速大功率人字齿轮传动的轴向振动特性研究

人字齿轮传动的轴向振动会引起轴向分力不平衡,啮合位置变化,箱体振动,可能会造成高速大功率人字齿轮传动的失效。根据人字齿轮传动的结构,将其视为两对斜齿轮窜动,采用集中参数法,建立了人字齿轮传动的动力学模型和振动方程。在考虑时变啮合刚度、传动误差、螺旋角误差和偏心误差等的情况下,对人字齿轮传动的强迫振动响应进行了数值求解,获得了人字齿轮传动的轴向振动位移,以及轴向振动位移随齿轮螺旋角误差的变化趋势,得出人字齿轮窜动的轴向振动主要是由于螺旋角误差以及时变啮合刚度造成的结论,为止推滑动轴承的刚度设计提供了基础。     

人字齿行星齿轮传动系统振动特性研究

通过对人字齿行星齿轮传动系统多重啮合间相位关系的分析,给出了考虑啮合相位的时变啮合刚度计算公式。考虑误差激励和时变啮合刚度激励,在行星架随动坐标系中建立了人字齿行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型。针对两组不同啮合相位的行星齿轮传动系统,采用傅里叶级数法求解其动力学模型,得到频域解和时域解,且分析啮合相位对人字齿行星齿轮系统振动特性的影响。     

圆柱人字齿轮各内激励因素对齿面振动影响比例分析

为了研究圆柱人字齿轮各内激励因素对齿面振动的影响,建立同时考虑时变啮合刚度激励、轮齿线外啮入冲击激励和齿侧间隙影响的圆柱人字齿轮耦合动力学模型;针对不同的载荷和输入转速工况,分别计算啮合刚度激励、啮入冲击力激励以及齿侧间隙对圆柱齿轮系统齿面相对振动的影响程度。实例仿真计算表明,人字齿轮各内激励因素中,啮合刚度激励对振动影响占主要成分;齿侧间隙影响则是低转矩下的影响高于大转矩下的影响,高转速下的影响高于低转速下的影响,即当低速重载下,齿侧间隙非线性因素对系统影响较小。总结的各激励成分对系统振动影响比例规律,能够为后续人字齿轮齿面减振降噪优化提供更合理的设计目标。     

人字齿轮系统振动传递分析优化与试验验证

为了有效分析人字齿轮传动系统振动传递特性、合理预估箱体结构振动噪声,建立考虑箱体内润滑油流固耦合的齿轮箱有限元模型,将文献[5]计算分配到各支撑轴承的时变动态载荷施加到箱体各轴承孔中心耦合参考点,由ANSYS软件的瞬态动力学分析模块对齿轮箱进行动态响应分析,对得到的齿轮箱考察结点结构振动加速度进行预估。选取改进的自适应遗传算法对人字齿轮小轮齿面进行多动力学目标的齿面三维优化设计,优化结果表明在给定优化载荷工况下,轮齿端面啮合线方向相对振动加速度及齿轮箱体机脚参考点结构振动加速度均得到明显下降。搭建人字齿轮传动系统封闭功率流试验台,利用海德汉圆光栅编码器高精度特性对人字齿轮端面啮合线向相对振动进行测量,加速度计测量箱体轴承座、箱体机脚位置振动加速度,以此验证人字齿轮动力系统振动传递理论及齿面三维修形减振效果。     

不同重合度下系统参数对人字齿传动非线性动态特性的影响

重合度是反映齿轮副同时参与啮合轮齿对数多少的重要参数。合理选择适当的重合度可以改善传动承载能力并保证传动平稳性,从而提高齿轮传动系统的性能和可靠性。而分析不同重合度下系统参数对系统振动特性的影响,对优化传动系统性能、提高工作效率和降低故障风险具有重要意义。本文将轮齿啮合性能和动态特性相结合,首先,确定人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励,采用集中参数法建立复杂激励源下的人字齿轮副弯-扭-轴耦合非线性动力学模型;然后,对非线性动力学方程进行消除刚体位移和无量纲化处理;最后,研究了不同重合度下系统参数对系统动态特性的影响。研究表明,当重合度由2.72变为3.08时,齿轮副综合相对振动加速度均方根值均降低达40%左右。可见,增大齿轮副重合度能提高系统的稳定性。此外,随着系统参数变化,增大齿轮重合度能消除系统存在的跳跃现象,并降低跳跃和共振峰的幅值。     

基于啮合特性的人字齿轮副动态效率计算分析

推导了人字齿轮接触线时变长度的计算公式,分析了人字齿轮副动态啮合过程,建立了人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的动力学模型。应用牛顿第二运动定律,建立了系统的振动微分方程,在基于弹流润滑摩擦计算的基础上计算了人字齿轮副动态啮合效率,分析了结构设计参数对效率的影响。     

重合度对人字齿轮传动系统振动特性的影响分析

重合度是齿轮传动设计中一个重要的性能指标，直接影响人字齿轮承载能力和传动平稳性，在齿轮设计中必须满足重合度要求。首先说明了人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励，采用集中质量法建立了一对人字齿轮传动系统弯-扭-轴耦合模型。然后分析了重合度对时变啮合刚度和啮合冲击力的影响。最后研究了重合度对人字齿轮副动态啮合特性的影响。得出结论：重合度由2.72增至3.08时，时变啮合刚度峰峰值由4.653 3×10⁸ N/mm减至3.229 9×10⁸ N/mm,最大啮合冲击力由2.23×10³ N减至1.92×10³ N,齿轮副动态啮合力曲线变得平滑，动载系数也由1.23减至1.18,从而得出重合度增大，能达到系统减振降噪和传动平稳的作用。     

弧齿锥齿轮箱动态特性分析及辐射噪声预估

以升船机同步系统用弧齿锥齿轮箱为研究对象,综合考虑锥齿轮副刚度激励、误差激励和啮合冲击激励等内部动态激励,建立了包含弧齿锥齿轮副、传动轴、轴承和箱体等的齿轮系统动力有限元模型,采用ANSYS对齿轮系统进行动态响应分析,得到齿轮箱的振动位移、振动速度及振动加速度;以箱体表面节点振动位移为边界激励条件,在SYSNOISE中建立箱体声学边界元模型,采用直接边界元法进行辐射噪声预估,得出箱体表面的声压云图及场点的辐射噪声。结果表明:齿轮箱动态响应及辐射噪声的峰值频率均出现在啮合频率及其倍频处。     

滚动轴承支撑人字齿轮传动系统动力传递过程分析研究

为能更有效地分析滚动轴承支撑人字齿轮传动系统的振动传递特性,提出基于轮齿承载接触分析、同时考虑齿轮轴扭转变形及安装误差的人字齿轮左右轮齿啮合刚度计算方法,建立综合考虑时变啮合刚度、啮入冲击激励的人字齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。在提出的考虑轴承内部载荷分布的滚动轴承支撑系统载荷分配计算方法以及包含承载滚子、内外圈的滚动轴承动力学模型基础上,较完整地分析人字齿轮传动系统的齿对啮合振动经由齿轮轴分配到支撑滚动轴承,最后再由轴承内圈传递到外圈的传递过程。以某滚动轴承支撑人字齿轮传动系统为实例进行的仿真计算结果表明:该振动传递计算方法较科学合理地计算出人字齿轮系统的动载荷传递过程,更精确地得到箱体轴承孔内壁的振动载荷,为下一步有效地分析人字齿轮箱体振动特性提供了保障。同时滚动轴承在传递载荷的过程中起到类似浮筏隔振系统的隔振降噪作用。     

采煤机截割部机电传动系统动力学特性分析

针对采煤机截割机电传动系统动载荷大易于损坏的特点,提出一个行星齿轮变速过程扭转动力学模型,建立包含电动机、齿轮传动系统和滚筒的采煤机截割机电传动系统动力学模型,并对冲击载荷下采煤机截割机电传动系统的动力学特性进行仿真,研究电动机-齿轮传动系统的连接刚度和阻尼以及齿轮啮合刚度对采煤机截割机电传动系统动力学特性的影响,最后提出了减小采煤机截割部机电传动系统的动态啮合力冲击的方法,以减少采煤机截割传动系统的破坏。啮合冲击力可以分成两类:时变啮合刚度引起的啮合冲击力和冲击负载引起的啮合冲击力。可以通过减少啮合刚度的变化(比如采用人字齿轮)来降低时变啮合刚度引起的动态啮合力冲击;选取合适的电动机-齿轮传动系统连接阻尼和较小的电动机-齿轮传动系统连接刚度来减小冲击负载引起的动态啮合力冲击。     

平行轴线齿轮的啮合特性研究

研究了平行轴线齿轮的啮合特性,包括滑动率、啮合模型和啮合频率;并与渐开线齿轮固有的节点冲击、动态传动误差和啮合冲击等特性进行比较。理论分析结果表明,平行轴线齿轮可以从根本上消除节点冲击、时变刚度对齿轮传动振动和噪声的影响;同时,平行轴线齿轮受到的啮合冲击频率较低。仿真实验结果表明,平行轴线齿轮滑动率为0,且具有稳态啮合的特性。为平行轴线齿轮的振动和噪声研究提供了理论基础,为其在齿轮变速器减振降噪领域的应用提供了依据。     

弧齿锥齿轮传动系统的耦合振动分析

基于集中参数理论，建立了弧齿锥齿轮的多自由度弯曲-扭转-轴向移动-扭摆等耦合振动的三维空间动力学模型。模型中考虑了传动轴和轴承的弹性变形以及齿轮的啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。在此基础上，对弧齿锥齿轮传动系统的动态响应进行了数值仿真分析，得到系统的动态响应。     

齿轮系统动力学模型内部激励参数的优化设置研究

时变啮合刚度与齿侧间隙是齿轮传动系统的主要内部激励源,决定了齿轮系统动力学的基本特点和性质。啮合刚度的时变性影响齿轮系统的稳定性、引起系统的参数共振,齿侧间隙则引起系统强烈的非线特性。考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等激励源,建立了齿轮系统非线性动力学模型,从模型参数设置合理性的新角度阐述时变啮合刚度、齿侧间隙对系统动态特性的影响。结果表明:在低速工运行况下,过度简化时变啮合刚度会扼杀由单双齿交替啮合而产生的振动冲击响应;此时齿轮处于单侧啮合状态,在建模时可以不考虑齿侧间隙的影响,以达到简化模型、提高求解效率的目的。而在较高速运行状态下,齿轮处于单边冲击或双边冲击状态,齿侧间隙引起系统强烈的非线性特性,建模时必须考虑齿侧间隙。     

考虑多轴柔性的人字行星齿轮传动系统动态特性研究

基于有限单元法,建立了一种全自由度人字行星齿轮传动系统动力学模型。模型将时变啮合刚度、综合啮合误差和啮合相位作为动态激励,分析了太阳轮轴柔性和行星轮轴柔性对人字行星齿轮传动系统中内外啮合动态啮合力和动态传递误差的影响。结果表明:轴的柔性变形对人字齿轮行星传动系统的动态特性具有显著影响,考虑轴柔性后,人字齿轮左右两侧斜齿的均载性能得到显著改善,且太阳轮轴柔性比行星轮轴柔性对均载性能的影响明显。     

齿轮传动系统的动态模拟

针对齿轮副非线性振动问题展开研究,综合分析了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励对齿轮系统振动的影响。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度。在进行齿轮副非线性振动的分析时,综合考虑了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励等非线性因素,建立了齿轮副非线性动力学模型,采用变步长四阶Runge-Kutta数值积分方法求解了系统的动态响应。     

车辆行星齿轮啮合刚度的建模及分析研究

齿轮副啮合刚度的周期性变化是行星齿轮传动系统产生振动的主要内部激励,深入研究齿轮的啮合刚度对解明齿轮系统的振动特征具有重要意义。采用能量法、有限元法和矩形波法分别建立了行星齿轮啮合刚度激励模型,并采用这3种模型分别求解了太阳轮、行星轮以及行星轮齿圈综合啮合刚度,对比了这3种模型求解啮合刚度的优劣。结果表明,3种刚度激励下的复合行星排各个构件的振动加速度幅值相差很小,且有限元法计算得到的振动加速度幅值稍大于解析法计算得到的振动加速度幅值,矩形波法计算得到的加速度幅值最小。     

含时变啮合刚度和齿距误差的斜齿轮动力学分析

齿轮是汽车变速器传动系统的动力载体,其动力学特性很大程度上决定了变速器的振动特性。利用时变接触线法求解了理论时变啮合刚度;结合齿距误差等内部激励建立了单对斜齿轮副弯扭轴耦合非线性动力学模型。采用龙格库塔方法进行数值求解,得到了斜齿轮副的振动响应时域曲线、频谱图。研究结果表明,时变啮合刚度越小,齿轮振动程度增大越迅速。加入齿距误差后,振动加速度时域特性以轴向振动变化最为明显,且齿距误差越小,振动强烈程度增大越缓慢。     

考虑热变形的直齿齿轮修形方法对其传动特性的影响研究

应用热变形理论分析了直齿轮热变形产生的齿形误差,综合考虑热变形及轮齿修形产生的齿形误差,考察了轮齿动态啮合刚度特性。建立了考虑动态啮合刚度、间隙及齿形误差等非线性因素的齿轮副动力学模型,比较不同的修形量、修形曲线在各种工况下对于直齿轮传动噪声及振动的影响,并分析了修形对于热变形导致的线外啮合冲击的改善情况,通过建模分析结果发现,正确的修形能大幅降低齿轮啮合过程中的振动及噪声。     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。