龙慧[1]2001年在《高速齿轮传动轮齿的温度模拟及过程参数的敏感性分析》文中进行了进一步梳理高速重载齿轮传动系统的热平衡状态以及轮齿表面温度的大小对齿轮传动的性能与失效以及齿轮润滑系统的设计与操作控制等有着重要的影响。发展高速运转齿轮轮齿的温度分析方法并应用于工程实际将有助于指导高速重载齿轮传动装置及润滑冷却系统的设计并降低设计所需的周期和费用。这对航空航天应用中的齿轮传动设计尤其重要。本文基于齿轮啮合原理、轮齿接触分析、摩擦学和传热学，以有限元分析方法和理论分析计算相结合为手段并以实验测量结果作为参考，建立了适用于工业应用并具有较高计算精度的高速齿轮传动轮齿温度分析的模型和方法，系统地分析了轮齿本体温度的大小和分布以及齿轮几何、载荷及转速和润滑冷却条件等对轮齿本体温度的影响。本文的主要内容如下：I. 根据赫兹接触理论和有限元接触分析方法，建立了标准渐开线齿廓和修形齿廓的齿面接触压力的分析模型，分析了齿面接触压力的变化规律和相关的影响因素；II. 系统地分析了齿轮啮合过程中主、从动轮轮齿的绝对滑动速度和相对滑动速度，建立了齿面摩擦系数和摩擦热流量的计算方法并分析了其沿啮合面的分布规律和大小以及相关的影响因素；III. 建立了润滑油与空气混合流动状态下齿轮端面的对流传热系数以及轮齿啮合面强制对流冷却条件下的对流传热系数的计算方法，分析了不同操作条件下对流传热系数的大小和分布，讨论了相关的影响因素；IV. 推导了轮齿瞬时温度和本体温度的热平衡方程，建立了轮齿有限元温度分析的模型以及热载荷和对流传热的边界条件，计算了不同转速和载荷工况下轮齿本体温度的变化规律，分析对比了有限元模拟结果和实验测量的数据，建立了轮齿最大本体温度的近似指数函数表达式；V. 系统地讨论了齿轮几何参数和操作条件对轮齿本体温度的影响，分析了轮齿温度随齿轮齿宽及模数、齿面摩擦热流量、齿轮箱空气温度和润滑油输入温度以及齿轮端面和啮合面对流传热系数的变化的敏感性程度和规律。
蒋进科[2]2015年在《高速渐开线圆柱齿轮齿面设计及数控加工技术研究》文中提出针对舰船、航空齿轮箱中的直齿轮、斜齿轮及人字齿轮,以齿轮啮合理论、有限元方法为基础,围绕修形齿面建模、实际齿面的建模、几何啮合仿真、承载啮合仿真、应力过程仿真、不同应用场合齿轮的目标修形优化、多轴联动多自由度数控加工及高阶传动误差齿面设计展开,系统地进行理论和实验研究,总结出一套具有工程使用价值的齿面修形优化设计软件和方法,达到提高传动系统平稳性,降低振动噪声的目的,论文主要研究内容如下:(1)对齿轮承载接触分析模型进行完善,给出考虑基节误差的承载接触分析计算方法,结果表明:基节误差放大了承载传动误差幅值,引起较大振动及载荷分配的不均匀。对修形人字齿轮叁维有限元进行精确齿面控制建模和装配,按照Abaqus有限元软件输入文件的编写规则进行批处理加载分析,并与承载接触分析方法的结果对比,表明了二者分析结果一致性,验证了本文承载接触分析方法的正确性与高效性。(2)建立基于齿面坐标测量的真实齿面模型,采用理论齿面迭加法向偏差曲面表达实际齿面,推导实际齿面接触过程,相对直接通过复杂曲面拟合的数字齿面,提高了计算效率和拟合精度。(3)提出的斜齿轮对角修形能够保证修形后齿面瞬时接触线长度不变,在减振降噪的同时,兼顾了齿轮的强度,叁维拓扑修形真实反映齿面实际状况。齿面修形优化设计以承载接触分析为基础,从减振、降噪、提高强度为出发点,分别以承载传动误差幅值最小、啮合线相对振动最小、齿面闪温最小、齿面载荷均匀及多个目标进行修形优化设计。结果表明:齿廓修形后,轮齿接触区润滑状态改善,导致齿面闪温减小,直齿轮单齿啮合区内闪温变化不明显;人字齿轮的轴向窜动是左右齿面间隙相互补偿的过程,齿向修形与轴向窜动相互补充,保证了齿面载荷整体上均匀;随转速、载荷的增加,啮合冲击逐渐增大,且随转速增加,啮合冲击激励较刚度激励的振动更加明显,因此系统共振的敏感性降低,多载荷承载传动误差幅值反映了振动随载荷变化趋势;人字齿轮轴向位移激励对啮合线方向振动无影响,轴向位移激励是引起轴向、扭摆方向振动的主要原因;修形降低了啮合激励,因此,有效降低了系统振动。(4)根据空间齿轮啮合原理,建立修形齿面多轴、多自由度的多种数控加工模型。基于刀具廓形修形及机床各轴运动敏感性分析,通过优化齿面误差最小,得到刀具修形参数及机床各轴运动参数。结果表明:(1)根据齿廓修形齿面反算砂轮廓形,进行数控五轴联动成形磨削,可实现拓扑修形齿面的高精度加工;(2)平面砂轮磨齿时,沿齿向方向压力角、螺旋角、展成角附加运动可分别实现一定的对角修形加工,机床增加齿向运动,可减小平面砂轮半径,用于磨削大螺旋角、大齿宽对角修形斜齿轮;(3)当滚刀有齿向修形时,再增加合理的切向运动,使得滚切过程中,产生沿齿向方向齿形的连续变化,弥补了传统加工产生的齿形扭曲;修形滚刀齿形及增加切向运动可实现一定的拓扑修形齿面加工;(4)锥面砂轮沿轴向冲程运动时,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的径向位置及冲程总次数,与通用的匀速展成及径向均速展成磨齿法相比,可显着减小理论粗糙度值,该方法可磨削更为复杂的修形齿面;砂轮沿齿向冲程运动磨削对角修形斜齿轮时,冲程方向与接触线方向一致,根据展成原理求解工件附加运动,数控编程简单,其关键技术为啮入点的准确对刀,对角修形磨齿试验验证了该方法的正确性。(5)为了进一步降低轮齿振动,提出一种考虑展成磨齿加工的高阶传动误差齿面设计方法,通过优化承载传动误差幅值最小确定其曲线及加工参数;对比斜齿轮2阶、4阶及高阶传动误差齿面的承载传动误差表明:无修形齿轮由于重合度不变,随载荷增加承载传动误差幅值不断增加;修形后随载荷增加,齿面间隙逐渐减小,重合度不断增加,承载传动误差幅值逐渐降低,当齿面间隙完全消除后,重合度不再变化,随载荷的增加,承载传动误差幅值逐渐增大;对于高重合度齿轮副,高阶传动误差齿面更能有效降低承载传动误差幅值,因为其曲线自由度较高,更有利于降低多齿对啮合引起的重合度变化;通过修形齿面曲率分析,表明平面砂轮进行展成磨削高阶传动误差齿面是可行的,不存在干涉;除此之外,提出一种考虑接触印痕的内凹型高阶传动误差齿面,结果充分证明其更能有效降低轮齿承载传动误差幅值,其内凹程度受载荷大小影响。(6)齿面振动试验表明修形齿轮具有更好的动态性能,在设计载荷处,传动误差和振动幅值均能够下降30%或更多,验证了本项目的理论方法是可以用于工程实践的。
周长江[3]2013年在《多种载荷下齿轮弯曲强度与齿面摩擦因数的计算方法研究》文中研究说明齿轮是重要的基础件，其设计与制造水平影响到机械装备的性能和可靠性。开展齿轮强度和齿面摩擦的计算与试验研究，对于增大承载能力、提高疲劳寿命、减少摩擦磨损、改善传动性能等具有显着的意义。关于齿轮弯曲强度和齿面摩擦的计算和试验研究较多，以下问题值得探索：多种荷载下齿轮弯曲强度计算的精确建模方法，齿根应力和轮齿变形的数值计算；能够表征齿面多样的摩擦润滑性态及其变化规律的过程模型，齿面关键摩擦参数的普适计算方法；基于啮合理论与摩擦学、接触动力学等交叉的齿面冲击摩擦机理及定量计算等。基于上述问题的思考并结合作者承担的相关课题，提出了本论文的研究论题。重点研究叁个问题：多种荷载下齿轮弯曲强度计算的精确建模方法；齿面摩擦润滑的多态性模型与计算方法；齿面摩擦力与摩擦因数的普适量化计算方法。主要研究内容和创新点如下：1.对齿轮有限元精确建模与弯曲强度计算方法进行了研究，通过比较研究验证了上述方法的正确性。根据齿轮展成加工原理和坐标系矩阵变换法推导出齿形曲线，基于纯文本数据文件的APDL与MATLAB的混合建模方法，实现了齿轮几何模型的精确建模。基于含误差与变形的计算模型，推导出弯曲强度计算力点的位置判别式，可作为弯曲强度计算力点选取的参考。研究了齿轮弯曲强度有限元计算的多种有效荷载，通过对不同荷载下齿根峰值应力和轮齿变形的比较研究发现：按集中力、线分布力、Hertz接触面分布力、静态接触力的次序，计算结果的精确性不断提高；移动负荷的动载等效分析，较难体现啮合冲击效应。2.研究了齿间载荷迭加效应、齿高及齿宽方向的载荷分布及轮齿变形和齿根最大拉/压分布规律。研究显示：（1）相邻齿对啮合引起的力迭加效应，在齿轮强度精确计算中不能忽略，啮合力迭加效应对中心齿受压侧的影响大于受拉侧，并使轮齿最大变形进一步增大。（2）均布荷载、叁角分布和叁次抛物线分布荷载作用下，齿宽方向的齿根峰值应力和接触区域轮齿变形的变化规律，验证了齿端刚度效应和轮齿变形及应力分布的连续性；齿向荷载的不均匀性和齿端刚度效应，使得齿根最大压/拉应力有所增大，接触区域的最大变形略有下降。3.基于虚拟仪器集成平台，提出了通过无线应变采集卡和路由器传输齿根应变数据的新方法，设计了齿根动应力无线测试台。通过多点平均法消除随机电噪声获取待测数据，将输入端和输出端的转速和转矩取平均值，作为计算模型的加载工况，保证了计算模型力边界与试验条件的一致性。测得的齿根应力变化曲线比较准确地反映了单/双啮区交变、啮合冲击及相邻啮合齿对的影响；测得的最大齿根应力与有限元计算结果及其他研究者的结论比较一致，验证了本文提出的无线测量方法及上述有限元计算模型的正确性。获取了齿面摩擦因数反求需要用到的试验样本数据，即测量应力。4.提出了齿面摩擦润滑的多态性模型。将啮合传动理论与摩擦学理论相结合，对齿轮传动中的多种摩擦润滑性态（弹流润滑、边界润滑、混合润滑、干摩擦、冲击摩擦等）的形成机理、特征及存在条件等进行了研究。结合齿轮系统的复杂性和传动中出现的摩擦过渡特性，提出了齿轮传动摩擦润滑的多态性概念和过程模型。根据齿面是否出现局部干摩擦，提出将混合润滑分为Ⅰ型（不含局部干摩擦）和Ⅱ型（含局部干摩擦）。最后，研究了混合润滑Ⅰ型的构成模型及其齿面摩擦力/摩擦因数的计算方法。5.提出了基于齿根计算应力和测量应力的齿面摩擦因数反求方法。研究发现，轮齿在单啮上界点啮合时，齿根非接触区的最大拉/压应力对齿面摩擦具有较高的灵敏性，其中最大拉应力的灵敏度比压应力高出近1倍。在此基础上，提出了以计算应力和测试应力为变量构建优化目标函数，利用隔代映射小种群遗传算法与有限单元程序，反求干摩擦状态下的齿面摩擦因数。根据反求的齿面摩擦因数，研究了齿面摩擦对齿根应力和轮齿变形的影响。6.提出了将线外啮入冲击阶段分为冲击、刮行和正常啮合叁个阶段，基于齿轮啮合原理与数值反推技术，计算含系统误差和轮齿变形的线外啮入冲击几何位置、冲击速度及冲击摩擦因数。主要研究结论：（1）考虑到影响啮入冲击的主要误差项、轮齿变形和齿面载荷均沿啮合作用线方向，提出了在该方向上构建“系统等效误差－轮齿综合变形”计算模型。（2）按统计分布规律将基节偏差、法向侧隙和齿廓修形量沿啮合线合成为系统等效误差；将弯曲、压缩、剪切、接触等变形沿作用线合成为轮齿综合变形；再将系统等效误差与轮齿综合变形进行二次合成，用以判断线外啮入冲击点的初始几何位置。（3）根据轮齿变形－载荷历程曲线按搜索法反推出线外啮入冲击点的轮齿综合变形，据此推算出线外啮入初始点的位置和冲击力；建立线外啮入冲击摩擦模型和计算冲击摩擦因数。
李盼[4]2013年在《基于有限元的碟式分离机应力分析与结构优化》文中提出随着全球能源与环保行业的迅猛发展以及国际形势日益复杂化，国防、冶金、食品、化工、核工以及药剂等行业高品位、高纯净的需求凸现和低碳经济全球化；分离机械工业越来越受到各国的重视，对于碟式分离机来说，其生产数量与应用规模已经远超其他类型连续离心机总和，正常工作过程中，机器的结构安全性和加工稳定性显得尤为重要；针对当前碟式分离机转速不断提高、结构系统日益复杂化，采用经典弹性力学理论不能满足设计需要等问题；本文以LX-460型胶乳碟式分离机为研究对象，以提高结构安全性、降低应力水平为目标，结合有限元分析与理论计算，对其主要结构应力特性进行研究，提高分离效率与整机性能、降低劳动强度、增大生产能力。本文对碟式分离机结构进行研究的主要工作及所得研究结果如下：（1）转鼓结构应力特性研究研究转鼓工作转速空转状态与工作状态两种工况的结构应力特性，确定有限元分析约束条件，建立分析计算模型，比较转鼓两种工况下的应力分布规律；构造几何路径，研究转鼓螺纹牙、排料口等高应力区域的局部应力；改变工作转速，分析各工况结构应力与工作转速的变化规律；建立转鼓接触计算模型，进行有限元接触分析，研究接触分析过程中，不同刚度系数Knormal对接触模型计算速度与收敛曲线变化规律的影响，确定最优刚度。研究表明：结构整体应力水平分布不均，转鼓筒体沉渣区、转鼓侧壁、螺纹牙等位置局部应力水平很高，应采用结构优化等手段，考虑从降低结构应力集中、改善结构强度、结构轻量化等方面进行设计。（2）螺旋齿轮应力特性研究参数化构建螺旋齿轮实体模型，针对空间点接触类型的特殊性，建立啮合传动有限元计算模型，进行叁维接触分析，比较不同齿对数啮合，接触应力变化情况；确定导热系数、对流换热系数、温度场约束条件，考虑螺旋齿轮啮合传动发热对胶合、齿面磨损、点蚀等失效形式的影响，将温度作为热载荷，进行热弹耦合分析，研究耦合场载荷分布规律。研究表明：不同齿对数接触，齿面接触应力分布规律基本相同，点接触条件下，耦合场应力水平较高，轮齿发热加剧了齿轮磨损速度，极大地影响了啮合效率，脉动循环交变应力引起齿轮、轴承的振动，导致转鼓不平衡，引起严重的后果。应优化结构参数，降低闭式齿轮箱发热及轮齿受载状态，提高传动效率。（3）评估有限元计算结果及强度校核采用无力矩、有力矩理论分析转鼓鼓壁以及边缘效应区的强度问题，理论分析螺旋齿轮的齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度，将理论计算结果与有限元分析结果进行对比，验证有限元建模分析计算方法的正确性，结合安定性原理及结构强度评定准则，进行强度评定，校核结构强度的安全性。研究表明：有限元法与现有理论方法得到的转鼓、螺旋齿轮应力分布规律基本接近，相对误差在20%以内，验证了有限元建模分析方法的正确性，通常情况下，理论方法进行应力计算与结构设计比较保守，通过结果比较，发现有限元法分析结构应力值比理论值稍大，这与现实相符，说明采用有限元法设计分离机结构更具先进性，有限元值进行强度校核，结构强度满足要求。（4）结构多目标驱动优化设计利用ANSYS Workbench环境中的多目标驱动优化技术（GDO），对碟式分离机转鼓锁环与螺旋齿轮进行多目标驱动优化设计分析，从安全性、经济性出发，结合优化目标函数敏感性分析与参数响应性分析，合理优化结构几何参数与性能参数，进行有限元分析与结构设计，比较优化前后结构目标函数的变化规律，确定最优结构参数。优化表明：优化后的结构应力分布相对比较均匀，应力集中减小，最大等效应力明显降低，材料消耗减少，结构综合性能得到一定的提高，对碟式分离机结构优化以及整机可靠性提高具有一定的价值。
杨玉良[5]2016年在《斜齿轮系统热弹耦合及修形减振研究》文中认为随着工业技术的不断发展,高速重载齿轮系统已经广泛应用于交通运输、航天航空、船舶等行业,对高速重载齿轮系统的性能要求也越来越高,现阶段齿轮传动系统的热行为及振动噪声已成为研究的重点。本文以高铁牵引齿轮系统作为研究主体,基于摩擦学理论和赫兹接触理论,研究整个齿轮系统的热行为,包括对齿轮本体温度场的分布、接触面瞬态温度的分布、齿轮热变形以及热弹耦合接触分析等,为齿轮系统的修形设计提供了依据,最后通过数值分析方法,研究不同修形量对齿轮系统振动响应的影响规律,确定最佳的修形量。主要的研究内容如下：(1)基于ANSYS-APDL参数化建模方法,由修形渐开线方程建立可以考虑不同齿顶修形量的斜齿轮啮合模型,这是轮齿的承载接触分析、热变形分析和热弹耦合分析的基础。(2)基于赫兹接触理论和摩擦学理论,通过有限元方法研究了齿轮系统温度场的分布规律。根据啮合面上接触压力、啮合齿面的相对滑动速度以及啮合面摩擦系数方程,推导出主、从动轮啮合面上的摩擦热流量计算公式。通过润滑方式和润滑油参数推导出齿轮齿面和端面的对流换热系数。将所求得的摩擦热流量和对流换热系数作为热载荷施加在轮体相应的面上,利用有限元方法得到齿轮副本体温度场的分布规律。(3)在齿轮系统本体温度场分析的基础上,通过有限元方法将齿轮本体温度场作为体载荷施加在啮合齿轮副上,分别进行齿轮系统的热变形分析和热弹耦合分析,并对齿轮系统进行了结构分析。通过对比结构分析和热弹耦合分析结果中齿轮变形和应力分布以及传动误差的分布,研究齿轮系统温度场对齿轮接触特性的影响,确定考虑齿轮系统热变形的齿廓修形参数,并将修形前后齿面温度场的分布结果以及修形前后热弹耦合分析结果进行对比。(4)基于热弹耦合分析结果,得到不同修形参数下的传递误差分布和啮合刚度分布。利用轴段单元法建立具有12个自由度的平行轴系斜齿轮转子系统动力学模型,将考虑齿廓修形量所得到的时变啮合刚度和传递误差作为内部激励,分别研究不同转速工况和定转速工况下齿廓修形对斜齿轮转子系统振动响应的影响规律,为最佳修形量的确定提供依据。
赵永志[6]2015年在《圆柱齿轮分扭并车传动系统动力学建模及弹性辐板均载研究》文中研究指明直升机传动系统作为直升机的叁大关键动部件之一,其性能的优劣直接影响直升机整体性能的高低。区别于一般的地面减速器,直升机主减速器具有高功重比、高减速比、高可靠性、高生存能力等要求,因此常采用功率分流式的传动形式。美国的ART计划中提出了一种分扭-并车式的传动系统,具有结构简单、零部件数量少、传动级数少、功重比大等优点,成为替代传统行星传动系统的重要选择。直升机分扭-并车传动系统的核心问题在于动力学特性复杂以及各支路载荷分配不均。本文针对直升机分扭-并车传动系统的动力学问题以及均载问题进行了研究,重点提出了分扭-并车传动系统的动力学快速建模方法和一种弹性辐板式的均载方案设计。全文的主要工作成果和创新点包括:(1)指出了目前主流的斜齿轮副动力学建模方法的局限性,给出了一种通用性更好的斜齿轮副弯-扭-轴-摆全自由度耦合动力学建模方法。该方法将单个广义位移向啮合线方向投影时不必进行符号判断、避开了将动态啮合力分解到各自由度方向时对分力方向的判断,体现出了利用向量思维建模的简洁性和优越性。以一对斜齿轮副的通用动力学模型为基础,分别推导了多啮合的齿轮系统以及双联齿轮系统的动力学方程。最后,将分扭并车传动齿轮系统看作是多啮合齿轮系统和双联齿轮系统的复合,根据耦合关系直接拼装出其动力学方程。(2)基于前一章的工作建立了某航空齿轮分扭并车传动系统的动力学模型,并进行了无量纲化。研究了动力学模型中质量及惯量参数、啮合刚度和阻尼、支撑刚度及耦合刚度等关键参数的计算取值方法,分析了分扭并车传动系统的啮合动态激励,重点考虑了相位差影响下的啮合刚度激励、基于齿距误差和齿形误差的合成啮合误差激励。利用Matlab的ode45命令,编程对分扭并车传动系统的动态响应进行了数值求解,数值结果表明:该系统的动响应呈现典型的非线性混沌特征,并且两个功率支路之间存在显着的差异性。利用一组数值对照实验探究了导致非线性和差异性的原因,结果表明:啮合误差和啮合相位差都会导致其非线性,而啮合相位差是导致其差异性的原因。(3)为了定量研究航空分扭并车传动系统的动态均载特性,本文给出了动载系数法和均载系数法两种定量衡量方法。为了研究动态均载特性对啮合相位差、啮合刚度、支撑和耦合刚度、误差及工况条件等影响因素的敏感性,本文就上述影响因素做了敏感性分析的数值实验,结果表明:设计合适的相位差和啮合刚度均值、提高支撑刚度、降低耦合刚度、减小第一级齿轮的误差,以及选择合适的输入转速有利于提高分扭并车传动系统的动态均载特性。(4)首先进行了一种双曲线型面弹性辐板式的均载装置设计,分析了其工作原理及均载效能。将弹性辐板的扭转问题简化成变截面梁的弯曲问题,利用材料力学方法解析分析了弹性辐板的扭转刚度及扭转强度。然后,基于辐板刚度、强度与其结构参数的匹配结果,以综合扭转刚度最小、总质量最轻和安全系数最大为优化目标,建立了弹性辐板结构参数的多目标优化数学模型。最后,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA),通过Matlab编程求解,在优化得到的Pareto非劣解集中选择出了一个在所有目标函数上都取得满意结果的“最佳设计”。
邢志伟[7]2011年在《超临界/超超临界火电机组齿轮传动系统稳态热分析》文中研究说明液力偶合器传动装置是高速重载齿轮传动,液力偶合器及其控制系统等组成的机电液复合传动装置,其调速范围一般可达25%-97%,主要适用于工作转速有变化的场合。可以在电机转速不变的情况下,实现输入输出地无级调节,具有功耗低、寿命长、控制精度高、可靠性高、冲击振动小、节能效果好、运转及维护成本低等特点。本文针对超临界/超超临界火电机组工况下,分别用热网络法和有限元法对液力偶合器传动装置的前置增速齿轮传动部分进行稳态热分析,用热分析结果指导传动装置的结构设计。本文主要完成了以下工作：1、基于传热学的基本原理,分析液力偶合器传动装置的发热机理和传热方式,并做出合理的简化和假设,将其前置增速齿轮传动部分和普通的齿轮传动装置做比较,找到对其进行热平衡分析的方法。2、基于热网络法的原理,在液力偶合器传动装置的前置增速齿轮副部分设置温度节点,并建立热源、对流换热、热阻模型,然后基于热网络图列方程组,得到热阻矩阵,温度节点向量和热源向量,求解后得到热平衡状态下温度节点的温度值。3、基于有限元法的基本理论,推导稳态条件下齿轮本体温度场的热平衡方程,对斜齿轮本体温度场进行合理的假设,建立斜齿轮单齿实体模型并进行稳态温度场分析,最终得到单斜齿模型的稳态温度场分布情况。4、对以上两种方法得到的结果进行分析比较,分析结果差异的存在原因,得到一系列的有益结论,为液力偶合器传动装置的结构设计提供支持。5、分析模数、齿宽、螺旋角和初始油温对稳态温度场的影响,为结构设计提供支持。6、展望高速重载齿轮传动的热平衡分析和齿轮本体稳态温度场分析。
张靖[8]2012年在《不同因素激励下齿轮传动动力学仿真及实验研究》文中研究表明课题来源于国家“十一五”科技支撑计划“高速、重载、精密机械传动系统共性关键技术研究”(2006BAF01B07-01)。齿轮传动是极其重要的机械传动形式，广泛应用于制造装备业的各个领域，其动态特性和振动噪声水平是重要的性能评价指标，直接影响相关产品品质。齿轮传动的动态特征一方面由系统所固有的动力学性能决定，另一方面则是由不同的激励因素下形成的不同动态响应表现出来。因此，从不同激励因素角度出发，探讨齿轮传动的动态激励-系统特性-响应特征关系才具有实际意义，这对于把握齿轮传动系统动力学设计本质，指导低振动低噪声的齿轮传动产品开发具有重要的理论和工程实用价值，对提升我国制造装备业的整体水平具有积极的促进作用。本文主要从齿轮传动激励因素入手，以实际工程产品为研究载体，基于摩擦学、机械动力学，以理论分析、数值仿真、虚拟样机、实验验证为手段，对齿轮传动系统中相关的动态特性和减振降噪方法开展研究。研究内容主要包括：①从齿面摩擦因素激励出发，基于不同齿轮摩擦模型获得时变摩擦系数分布特征，建立计及齿面时变摩擦力影响，同时考虑啮合刚度时变性的六自由度精确动力学模型，利用Runge-Kutta法进行数值仿真，分析了不同齿面微观特征下齿面摩擦因素对系统的动态激励及其对啮合线方向动传动误差的影响，并通过实验对结论进行了验证，明确了齿面摩擦激励对齿轮传动的动态特征的影响规律。②从啮合线方向传动误差因素激励出发，讨论了齿轮传动误差计算的薄片理论并基于有限元方法进行了验证，以某机械式变速箱为研究载体，建立耦合动力学仿真模型，计算了固有模态频率和振型，分析了二档档位齿轮和主减齿轮传动误差激励下的模态柔度，获得了各轴承轴承力的动态响应以及箱体表面加速度响应；以齿轮传动误差为目标，应用遗传算法对档位齿轮的齿廓修形方案进行优化，并通过敏感性分析验证了优化后齿廓的传动误差对制造公差的稳健性，最终获得了从传动误差激励入手的减振降噪解决方案。③从齿轮非线性拍击激励出发，研究齿轮传动由齿轮侧隙形成的拍击振动的动力学特性，先从单齿对拍击研究入手，利用集中参数法建立考虑齿轮侧隙、离合器多级刚度、拖曳力矩和载荷波动影响的非线性扭转振动动力学模型，利用数值仿真方法考察了多参数影响下的拍击动态特征，分析了拍击强度和拍击门槛值；最后建立了某五档机械式变速箱的拍击动力学仿真模型，评价了驱动工况下各档位的拍击强度，基于台架实验对仿真结果进行了验证，为控制齿轮传动中的拍击振动提供有益参考。④从多个齿轮啮合激励信号的相位调制现象出发，研究了齿轮行星轮系中存在的非对称边带频特征和形成机理，建立了行星轮系调制边带频分析模型，探讨了行星轮系的齿数、啮合相位等基本参数以及激励阶次对边带频特征的影响，获得可以根据已知参数预估行星轮系边带频特征的通用判定方法，并通过这种方法来改善由非对称边带频引起的噪声问题，最后在实际工程设计中，利用实验验证了该方法的有效性。⑤针对某开发中的手动变速箱开展动力学实验研究，分别搭建了传动误差和动态特性测试平台，比较档位齿轮传动误差的仿真和实验结果较为吻合，获得变速箱不同工况下的固有特性和动态响应，基于阶次跟踪方法分析了主要的振动成分，对比了仿真与实验以及传动误差优化前后的结果，验证了从传动误差激励入手减小振动噪声的有效性。
汪全[9]2012年在《直齿轮副传递误差及行星轮系静力学均载研究》文中研究表明风电行业极大发展,而风电是技术密集型产业,面对全球技术竞争,国内的制造商和研究者正积极合作研究掌握核心技术,本课题组承担“7MW级风电机组及关键部件设计和产业化技术”国家科技支撑计划。本论文主要研究齿轮系统制造安装等几何精度对传递误差、时变啮合刚度等传动性能的影响,并提出行星轮系均载的分析方法与措施。具体研究内容如下：提出基于ANSYS弹性接触的齿轮副时变啮合刚度和传递误差的研究方法。通过关键点-节点-单元建立完整的齿轮模型,并对接触区的节点重构方法细化单元以提高计算精度,完成一个啮合周期的准静态载荷分配、传递误差等传动性能分析,特别是啮合刚度研究。为提高齿轮系统的有限元求解能力、嵌套误差的计算效率和非线性接触算法的求解速度,应用子结构技术建模。研究齿轮制造安装精度和支承刚度对齿轮副啮合刚度和传递误差等传动性能影响。一方面总结其对传递误差的定量影响规律,另一方面为在行星轮系系统模型中嵌入各因素提供参考。具体分别通过齿轮齿廓接触区节点重构、编制宏命令实现齿轮节点移动或转动、在齿轮导向节点处建立水平垂直方向的弹簧单元的方法实现在有限元力学模型中嵌入齿轮制造安装精度和支承刚度。研究并建立齿轮副和行星轮系的传递误差数学模型,以及根据几何精度统计规律的齿轮精度设计。全面分析齿轮单项误差构成的制造固有误差、装配误差的中心距偏差和轴线不平行度偏差、支撑系统和齿轮的弹性变形对齿轮副传递误差的定量数学关系。根据齿轮副系统各几何精度的统计规律,建立以单项几何精度为参数的传递误差计算式,并对设计方案作预估计。研究并建立考虑各支路传递误差、配合间隙、浮动、弹性支承、初相位的时变啮合刚度等因素的静力学均载系数计算模型。在此基础上,应用Matlab编程语言对数学模型进行数值求解,对各支路的啮合情况判断和构件装配间隙与浮动采取特殊计算策略,讨论制造安装误差、支承刚度、啮合刚度、载荷等参数对均载的敏感性,并对传统浮动方式进行研究,确定了各构件制造安装偏心对浮动构件的浮动量和轨迹要求,并研究行星轮柔性支撑方式实现均载。本文重点研究建立了基于系统几何精度的齿轮副传递误差模型和行星轮系均载静力学模型,为具体齿轮精度设计和均载设计提供理论依据和方法。
卓耀彬[10]2016年在《螺旋锥齿轮准静态接触特性分析方法及试验研究》文中提出螺旋锥齿轮是传递相交轴或交错轴运动和动力的机械元件。螺旋锥齿轮具有重合度高、传动平稳、噪声低、承载能力大和传动比大等优点,因此被广泛应用于汽车、船舶、航空、航天、机床和工程机械等领域。螺旋锥齿轮的齿面接触区、传动误差和齿间载荷分配等是影响其动力传动的平稳性、振动、噪声、动刚度和动强度等的重要因素。螺旋锥齿轮的接触特性一直是国内外学者的重要研究方向,但是现有研究在优化方法、齿轮模型、位置偏差分析、载荷分析和试验验证等方面还存在一些不足。因此本文以空间啮合理论为基础,从齿面接触区和传动误差曲线的全局优化设计方法出发,考虑相对位置偏差的影响,进行螺旋锥齿轮传动系统的加载齿面接触特性分析,并利用试验检测手段进行验证。本文的主要研究成果如下：(1)提出了新的确定准双曲面齿轮各节锥参数之间几何关系的计算公式,基于此计算公式提出新的大轮产形轮和小轮产形轮节锥参数的计算方法；(2)提出了以长半轴l1、方向角y和交点纵坐标δ为优化目标,以法曲率Afl、法曲率Bf1,和短程挠率Cf1,为控制参数,以复合形法约束处理的遗传算法为求解途径的齿面接触特性全局优化设计方法；(3)建立了考虑安装位置偏差的啮合方程,分析了各个偏差对接触特性的影响敏感程度,得出小轮轴向位置偏差ΔH和偏置距偏差△V的敏感程度较高；(4)对齿轮副轴线偏差进行数学描述和定义,建立了考虑轴线偏差的多齿啮合方程,得出轴线偏差与安装位置偏差之间的内在联系,进行了大轮和小轮轴线偏差角度ψ20和ψ10的优化取值分析；(5)建立了精确的大轮和小轮齿根过渡曲面的数学模型,建立了适合进行准静态加载齿面接触分析的螺旋锥齿轮传动系统有限元分析模型,得到齿面接触应力、齿根弯曲应力和传动误差随载荷的变化情况；(6)研制了宽域螺旋锥齿轮传动工作性能试验系统,论述了齿面接触区和齿根弯曲应力检测的试验原理并进行试验验证,将试验结果与仿真结果进行比较分析,结果表明两者的一致性较好。
参考文献：
[1]. 高速齿轮传动轮齿的温度模拟及过程参数的敏感性分析[D]. 龙慧. 重庆大学. 2001
[2]. 高速渐开线圆柱齿轮齿面设计及数控加工技术研究[D]. 蒋进科. 西北工业大学. 2015
[3]. 多种载荷下齿轮弯曲强度与齿面摩擦因数的计算方法研究[D]. 周长江. 湖南大学. 2013
[4]. 基于有限元的碟式分离机应力分析与结构优化[D]. 李盼. 广东海洋大学. 2013
[5]. 斜齿轮系统热弹耦合及修形减振研究[D]. 杨玉良. 大连理工大学. 2016
[6]. 圆柱齿轮分扭并车传动系统动力学建模及弹性辐板均载研究[D]. 赵永志. 西北工业大学. 2015
[7]. 超临界/超超临界火电机组齿轮传动系统稳态热分析[D]. 邢志伟. 机械科学研究总院. 2011
[8]. 不同因素激励下齿轮传动动力学仿真及实验研究[D]. 张靖. 重庆大学. 2012
[9]. 直齿轮副传递误差及行星轮系静力学均载研究[D]. 汪全. 大连理工大学. 2012
[10]. 螺旋锥齿轮准静态接触特性分析方法及试验研究[D]. 卓耀彬. 浙江大学. 2016
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