高速大功率密度齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性及阻尼環(huán)減振研究.pdf

1、齒輪作為一種傳遞運(yùn)動和動力的基礎(chǔ)件，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、風(fēng)電、航空、航天及船舶等領(lǐng)域。為提高傳動效率和適應(yīng)其它特殊工況的苛刻性要求，使現(xiàn)代齒輪傳動系統(tǒng)普遍朝著高速、大功率密度、低噪聲、一體化等方向發(fā)展。因齒輪輕量化而導(dǎo)致其柔性變形增加、固有頻率值下降而產(chǎn)生更多的共振區(qū)，從而使齒輪傳動系統(tǒng)振動噪聲增大、穩(wěn)定性變差。因此，本文以高速大功率密度齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，分析考慮齒輪輕量化、阻尼環(huán)減振的齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性。研究結(jié)果對于認(rèn)識高

2、速大功率密度齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性、指導(dǎo)阻尼環(huán)減振技術(shù)、輕量化齒輪設(shè)計等具有重要理論和實際工程應(yīng)用價值。
　　本文首先基于集中參數(shù)法建立附加阻尼環(huán)的齒輪傳動系統(tǒng)彎-扭-軸耦合剛體動力學(xué)模型，并對其動力學(xué)方程進(jìn)行無量綱化處理。同時，利用滾動軸承擬動力學(xué)理論和有限元方法，給出一種考慮齒輪傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工況參數(shù)、轉(zhuǎn)軸彈性變形的轉(zhuǎn)軸-軸承結(jié)合部等效剛度的計算方法。該算法可以計算轉(zhuǎn)軸-軸承結(jié)合部的靜態(tài)和動態(tài)等效剛度。研究表明：當(dāng)激勵轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)

3、臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)軸-軸承的動態(tài)等效剛度將會出現(xiàn)峰值；載荷增加后，轉(zhuǎn)軸-軸承的軸向動態(tài)等效剛度趨近于放松端支承軸承的軸向剛度。
　　基于附加阻尼環(huán)的齒輪傳動系統(tǒng)彎-扭-軸耦合剛體動力學(xué)模型，采用Runge-Kutta法研究輪齒嚙合剛度、傳遞誤差和阻尼環(huán)等激勵因素對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。結(jié)果表明：對高速大功率密度齒輪，可利用增加輻板阻尼的方式來抑制其因齒輪輕量化而造成的系統(tǒng)響應(yīng)振幅的增大。阻尼環(huán)能夠顯著抑制齒輪傳動系統(tǒng)的振動響應(yīng)；通過優(yōu)化

4、阻尼環(huán)外圓直徑（即阻尼環(huán)與輪緣間的過盈量）、厚度、寬度等結(jié)構(gòu)參數(shù)可使齒輪傳動系統(tǒng)獲得最優(yōu)的減振效果。
　　考慮齒輪、阻尼環(huán)的大柔度變形，采用模態(tài)縮減法和多體動力學(xué)軟件Adams相結(jié)合的方法，建立附加阻尼環(huán)的齒輪傳動系統(tǒng)剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型。在考慮接觸彈塑性變形和輪齒間滯回阻尼特性的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的大接觸變形彈性體間碰撞恢復(fù)系數(shù)計算方法，該方法適用于彈性變形、彈塑性變形和有限塑性變形的彈性體動態(tài)接觸特性分析。同時基于此模型

5、的研究表明：輻板和輪緣厚度的增加能夠有效抑制齒輪輪緣和輻板軸向振動變形的波動幅度；穩(wěn)定工況下，平口式阻尼環(huán)使得齒輪輪緣、輻板軸向振動幅值的波動幅度出現(xiàn)了大幅度下降。變工況下，平口式阻尼環(huán)不但可以大幅度的抑制齒輪軸向振動幅值的波動幅度，還能夠顯著的抑制軸向嚙合力邊頻振動幅值。
　　為研究高速、油潤滑等實際工況下，輕量化齒輪、阻尼環(huán)等對齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性影響及實際工程化的需求，本文設(shè)計并研制最高輸入轉(zhuǎn)速為24kr/min、油潤滑、激

6、勵轉(zhuǎn)速和載荷可調(diào)的高速齒輪試驗器。基于該試驗器的試驗研究表明：對高速大功率密度齒輪傳動系統(tǒng)，在15～24kr/min激勵轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，齒輪輪緣、輻板軸向振動幅值隨著激勵轉(zhuǎn)速增加而出現(xiàn)大幅度的增加。相對齒輪輪緣，齒輪輻板的軸向振動對載荷變化更加敏感。穩(wěn)定工況下，阻尼環(huán)能夠有效抑制齒輪輻板的軸向振動且降幅比達(dá)到了31.5％～71.4%。同時本文還研究斷口卡簧式、平口式，平口滾花式阻尼環(huán)對齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，其中平口式滾花式阻尼環(huán)對齒輪