考慮齒頂修緣的直齒輪--轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性研究.pdf

1、齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要傳動系統(tǒng)，是各種設(shè)備中應(yīng)用最廣的動力傳遞裝置。由于制造、安裝誤差和輪齒變形等因素，齒輪在嚙合過程中難免產(chǎn)生振動和沖擊，齒廓修形是優(yōu)化接觸、彌補(bǔ)誤差、降低振動和沖擊的有效手段。本文基于ANSYS軟件建立考慮齒頂修緣的準(zhǔn)靜態(tài)直齒輪副嚙合有限元模型，輸出時變嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差。在此基礎(chǔ)上，基于MATLAB軟件建立直齒輪副嚙合動力學(xué)模型，與轉(zhuǎn)子有限元模型耦合形成直齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭軸擺全自由度有限元模型?？紤]時變

2、嚙合剛度、靜態(tài)傳遞誤差、扭轉(zhuǎn)激勵以及齒側(cè)間隙，對直齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析以及動力學(xué)特性分析。主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于ANSYS軟件，在準(zhǔn)靜態(tài)下建立直齒輪副嚙合有限元模型，對其進(jìn)行靜力學(xué)分析，在僅考慮輪齒變形的前提下，計算不同扭矩作用下考慮齒頂修緣的齒輪的時變嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差，為直齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性分析提供數(shù)據(jù)支持。通過分析得出不同加載扭矩將引起嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差整體幅值的變化，而齒頂修緣能夠緩和單雙齒交替

3、區(qū)的突變，使嚙合頻率的高頻成分幅值發(fā)生變化。
　　(2)建立直齒輪副嚙合動力學(xué)模型，與轉(zhuǎn)子有限元模型耦合形成直齒輪-轉(zhuǎn)子有限元模型。假定嚙合剛度為定值，對靜態(tài)傳遞誤差作用下的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行求解得出靜態(tài)傳遞誤差的基頻、高頻成分分別激起幅頻響應(yīng)的有關(guān)彎扭耦合的主共振峰和超諧波共振峰。考慮時變嚙合剛度的影響，對系統(tǒng)施加定值扭轉(zhuǎn)激勵，分析表明時變嚙合剛度的基頻成分也將使系統(tǒng)產(chǎn)生基頻以及倍頻成分。另外由于時變嚙合剛度和正弦扭轉(zhuǎn)激勵相互影響，系

4、統(tǒng)將產(chǎn)生嚙合頻率及其倍頻、轉(zhuǎn)頻以及嚙合頻率與轉(zhuǎn)頻的和頻、差頻等復(fù)雜的頻率成分。
　　(3)考慮齒頂修緣條件下的時變嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差，分析不同扭矩下不同修緣量對系統(tǒng)振動響應(yīng)的影響。齒頂修緣能夠降低除共振峰處的動力學(xué)響應(yīng)幅值，抑制加速度幅值波動，減少振動和沖擊，并且不同扭矩對應(yīng)的最優(yōu)修緣量不同，隨著齒頂修緣量的增加振動響應(yīng)幅值并不是持續(xù)降低。
　　(4)考慮齒側(cè)間隙，建立僅考慮扭轉(zhuǎn)自由度的動力學(xué)模型，分析不同系統(tǒng)參數(shù)下齒側(cè)

5、間隙對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。隨著齒側(cè)間隙的增大，系統(tǒng)硬式非線性特性以及雙邊沖擊狀態(tài)逐漸消失，均呈現(xiàn)為“軟化曲線”。隨著阻尼的增大系統(tǒng)幅頻響應(yīng)幅值逐漸減少，硬式非線性特性和共振峰處的跳躍現(xiàn)象逐漸消失。隨著扭轉(zhuǎn)激勵的增大系統(tǒng)幅頻響應(yīng)幅值逐漸增大，硬式非線性特性逐漸顯著。由于齒側(cè)間隙對振動響應(yīng)的影響依賴于系統(tǒng)參數(shù)，對于本文所研究的齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，考慮齒側(cè)間隙情況下系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)未出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象。
　　本文通過數(shù)值仿真方法，主要對考慮齒項(xiàng)修