圓柱齒輪傳動(dòng)齒面形狀與非線性特性關(guān)聯(lián)規(guī)律分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在航空、航天、交通、機(jī)械和儀表制造等各個(gè)工業(yè)部門獲得廣泛的應(yīng)用。齒輪系統(tǒng)是由齒輪副、傳動(dòng)軸、軸承、箱體等組成的彈性機(jī)械系統(tǒng)。齒輪嚙合時(shí)輪齒的彈性變形、嚙入嚙出沖擊、齒輪間隙、制造誤差、修形、裝配誤差等都對(duì)輪齒靜、動(dòng)力接觸特性、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能、系統(tǒng)傳動(dòng)精度等有很大影響。為了滿足各類機(jī)械裝備性能不斷提高的要求，必須考慮這些非線性因素，對(duì)齒輪系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行研究，因此從設(shè)計(jì)角度，將設(shè)計(jì)-靜態(tài)分析-動(dòng)態(tài)分析-實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行系統(tǒng)

2、地研究是齒輪傳動(dòng)的一個(gè)重要基礎(chǔ)性研究課題。
　　 論文根據(jù)齒輪修形加工原理，推導(dǎo)了標(biāo)準(zhǔn)直齒輪及修形直齒輪的參數(shù)化坐標(biāo)方程，基于TCA理論，給出了考慮三種安裝誤差時(shí)，修形直齒輪的接觸軌跡，為齒輪傳動(dòng)幾何參數(shù)的分析、動(dòng)態(tài)性能分析及實(shí)驗(yàn)研究提供分析方法。
　　 基于Labview和LMS測(cè)量系統(tǒng)，搭建了齒輪動(dòng)（靜）態(tài)傳遞誤差和振動(dòng)噪音測(cè)量試驗(yàn)平臺(tái)，給出了基于光柵盤的齒輪動(dòng)（靜）態(tài)傳遞誤差測(cè)量、計(jì)算方法，并測(cè)量得到不同安裝誤差時(shí)

3、的靜態(tài)傳遞誤差及輪齒間隙，分析了安裝誤差、轉(zhuǎn)速、載荷等對(duì)動(dòng)態(tài)傳遞誤差及齒輪系統(tǒng)的沖擊振動(dòng)的影響。
　　 針對(duì)齒輪沖擊的能量守恒問題，建立了一種新的考慮時(shí)變嚙合剛度、摩擦齒輪沖擊動(dòng)力學(xué)模型。該模型剛度、摩擦均根據(jù)嚙合點(diǎn)逐點(diǎn)求解，然后積分動(dòng)力學(xué)方程，得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。應(yīng)用數(shù)值仿真的方法研究了不同載荷、摩擦對(duì)系統(tǒng)的瞬態(tài)沖擊行為規(guī)律。研究表明:(1)輪齒存在脫嚙沖擊時(shí)，傳遞誤差主要是以沖擊頻率為主，但沖擊頻率與嚙合頻率、軸頻有差異;(

4、2)載荷的波動(dòng)對(duì)低速時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)傳遞誤差、轉(zhuǎn)速波動(dòng)等的影響有限，高速時(shí)齒頻載荷波動(dòng)使傳遞誤差的嚙合頻率部分急劇增大，沖擊頻率基本保持不變;(3)軸頻載荷波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響更加顯著，會(huì)引起系統(tǒng)出現(xiàn)脫嚙-沖擊，甚至雙邊沖擊，系統(tǒng)響應(yīng)以低頻沖擊振動(dòng)為主。(4)低速時(shí)摩擦對(duì)系統(tǒng)的影響非常明顯，摩擦可以遏制輪齒脫嚙，但是其對(duì)低頻振動(dòng)的影響不可忽視。高速時(shí)摩擦對(duì)高頻分量的影響比較小，但是對(duì)低頻分量影響比較大。以上現(xiàn)象，在經(jīng)典動(dòng)力學(xué)模型分析中不可能得到

5、，所以在研究輪齒的拍擊特征時(shí)，有必要從沖擊動(dòng)力學(xué)的角度去分析輪齒的沖擊行為，該研究對(duì)理解齒輪的沖擊特征、齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化、可靠性分析提供了一個(gè)新的思路。
　　 論文研究了沖擊阻尼參數(shù)對(duì)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響，研究表明:在重載時(shí)，參數(shù)n不會(huì)改變間隙引起的跳躍現(xiàn)象，但是會(huì)影響跳躍的長(zhǎng)度，同時(shí)加劇系統(tǒng)的振動(dòng)。在輕載時(shí)，參數(shù)n會(huì)使間隙引起的跳躍特征消失，從而使系統(tǒng)具有線性特征。沖擊阻尼可以遏制響應(yīng)的次諧分量的幅值，但是對(duì)主要嚙合頻率及其

6、倍頻分量的影響比較小。嚙合頻率部分的幅值受阻尼的影響比較小，但是次諧分量隨著沖擊阻尼的增加而明顯減小。輪齒直接沖擊的速度也不盡然相同，對(duì)應(yīng)的恢復(fù)系數(shù)也有很大的差別，所以低速的輪齒拍擊、啟停比較頻繁時(shí)的輪齒沖擊分析必須要考慮恢復(fù)系數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。在低速時(shí)，動(dòng)載荷主要與傳遞誤差的高頻分量（嚙合頻率及其倍頻分量）有關(guān)，提高齒面的精度、改善齒廓偏差及粗糙度可以有效的遏制傳遞誤差的高頻分量幅值從而降低系統(tǒng)的動(dòng)載荷。在高速時(shí)，動(dòng)載荷主要受傳遞誤

7、差軸頻分量的影響。雖然齒輪可能處于嚙合頻率的共振區(qū)域，但是動(dòng)態(tài)傳遞誤差仍然以傳遞誤差的軸頻分量為主。
　　 從工程角度來說，單純的從提高齒輪材料性能遠(yuǎn)不及對(duì)輪齒進(jìn)行修形得以改善嚙合特征的效果好，雖然目前有學(xué)者建議齒輪沖擊采用n=1.5的形式，但是精確的齒輪沖擊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證還沒有見到報(bào)道，這也是基于參數(shù)n的動(dòng)態(tài)修形設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)條件，必須在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確確定參數(shù)n。該研究表明我們除了關(guān)心系統(tǒng)的共振區(qū)域，避免齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的共振外，還應(yīng)

8、該考慮在低轉(zhuǎn)速時(shí)沖擊引起過高的沖擊動(dòng)載荷。
　　 針對(duì)本研究提出的含動(dòng)態(tài)域的非光滑動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，本文首先給出了基于多重打靶方法周期解求解方法，并結(jié)合Floquet理論，給出了該類系統(tǒng)余維一和余維二分岔的數(shù)值計(jì)算求解格式，以經(jīng)典的倍周期分岔、鞍結(jié)分岔為基礎(chǔ)，分析了該類系統(tǒng)的切分岔特征，及轉(zhuǎn)速參數(shù)ω、間隙參數(shù)b0和載荷波動(dòng)系數(shù)f1對(duì)系統(tǒng)余維一和余維二分岔的影響。
　　 在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)噪音研究方面，一般人們把軸頻的調(diào)制，歸