斜齒輪摩擦激勵(lì)與故障激勵(lì)耦合動(dòng)力學(xué)建模及其動(dòng)態(tài)特征研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)及其基礎(chǔ)部件在國(guó)家裝備制造業(yè)中具有不可替代的重要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置也提出了更高的性能要求，如高速、重載、高可靠性、低噪聲、小型化等。斜齒輪傳動(dòng)具有嚙合性好、重合度大、傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)噪聲小、承載能力高等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、風(fēng)電、船舶、工程機(jī)械、起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。然而，斜齒輪由于齒形復(fù)雜，加工及裝配過程中易產(chǎn)生誤差，且傳動(dòng)過程中，其內(nèi)部激勵(lì)復(fù)雜，齒輪失效頻發(fā)，成為制約斜齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)

2、向長(zhǎng)壽命和高可靠性發(fā)展的主要因素。齒面摩擦是齒輪產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的重要激勵(lì)源，齒面摩擦加速了齒輪早期故障的出現(xiàn)，齒輪早期故障的出現(xiàn)反過來又會(huì)加劇齒面摩擦，并進(jìn)一步導(dǎo)致齒輪破壞。因此，開展斜齒輪摩擦激勵(lì)與故障激勵(lì)耦合動(dòng)力學(xué)建模研究，建立考慮摩擦的斜齒輪故障動(dòng)力學(xué)模型，解明其內(nèi)部非線性動(dòng)態(tài)激勵(lì)與外部振動(dòng)響應(yīng)特征之間的關(guān)系，具有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值與工程意義。
　　論文針對(duì)斜齒輪摩擦激勵(lì)與故障激勵(lì)耦合動(dòng)力學(xué)建模及其動(dòng)態(tài)特征問題，基于斜齒輪嚙合的

3、時(shí)變接觸線長(zhǎng)度，從斜齒輪嚙合的摩擦激勵(lì)和故障激勵(lì)耦合機(jī)理入手，開展了系列斜齒輪嚙合內(nèi)部動(dòng)態(tài)激勵(lì)與振動(dòng)響應(yīng)的研究。論文的主要研究工作包括：
　?、籴槍?duì)目前缺乏不同范圍重合度斜齒輪摩擦激勵(lì)精確算法的問題，采用“分段法”思想，提出了考慮時(shí)變嚙合力和時(shí)變摩擦系數(shù)的時(shí)變接觸線長(zhǎng)度、時(shí)變摩擦力和時(shí)變摩擦力矩的通用計(jì)算方法?；谳S的彎曲變形和作用力的關(guān)系，提出了一種斜齒輪齒面摩擦力的測(cè)試方法。新的計(jì)算方法解決了不同范圍重合度下斜齒輪摩擦激勵(lì)精確

4、計(jì)算的難題，并揭示了變位系數(shù)、螺旋角和齒寬等齒輪參數(shù)對(duì)時(shí)變接觸線、時(shí)變摩擦力和力矩的影響規(guī)律，為設(shè)計(jì)階段合理選擇斜齒輪參數(shù)以減少摩擦激勵(lì)提供指導(dǎo)。
　?、卺槍?duì)目前齒面剝落故障引起的斜齒輪內(nèi)部激勵(lì)的模型和算法不能很好揭示斜齒輪動(dòng)態(tài)特征變化的問題，基于時(shí)變接觸線長(zhǎng)度的變化，提出了齒面剝落故障斜齒輪時(shí)變摩擦激勵(lì)和接觸剛度的計(jì)算方法；考慮斜齒輪齒面剝落時(shí)變摩擦力和時(shí)變剛度的變化，建立了時(shí)變摩擦力和時(shí)變剛度耦合的斜齒輪動(dòng)力學(xué)模型，獲得了齒面

5、剝落故障對(duì)斜齒輪動(dòng)態(tài)特征的影響規(guī)律，為研究斜齒輪齒面剝落故障激勵(lì)特征提供了一種新的計(jì)算方法。
　?、坩槍?duì)目前缺乏在輪齒折斷故障下建立耦合時(shí)變滑動(dòng)摩擦力和動(dòng)態(tài)嚙合力的斜齒輪三維動(dòng)力學(xué)模型的有效方法，并揭示斜齒輪輪齒折斷故障非線性激勵(lì)及其動(dòng)態(tài)特征的關(guān)系問題，提出了基于時(shí)變接觸線長(zhǎng)度的輪齒折斷故障斜齒輪嚙合剛度計(jì)算方法；考慮輪齒折斷故障造成偏心質(zhì)量的離心力和慣性力，以及斜齒輪時(shí)變摩擦力和時(shí)變嚙合力的變化，建立了斜齒輪-軸-軸承耦合三維動(dòng)

6、力學(xué)模型，解明了輪齒折斷形式及大小對(duì)斜齒輪動(dòng)態(tài)特征的影響，為研究斜齒輪輪齒折斷故障激勵(lì)特征提供了一種新的計(jì)算方法。
　?、茚槍?duì)目前斜齒輪內(nèi)部激勵(lì)模型未能解明不對(duì)中齒輪故障和滑動(dòng)摩擦耦合作用下斜齒輪動(dòng)態(tài)特征變化的問題，提出了不對(duì)中齒輪故障的摩擦激勵(lì)和誤差激勵(lì)計(jì)算方法；基于不對(duì)中齒輪故障導(dǎo)致的時(shí)變摩擦力和動(dòng)態(tài)嚙合力的變化，建立了時(shí)變摩擦力和動(dòng)態(tài)嚙合力耦合的斜齒輪動(dòng)力學(xué)模型，獲得了不對(duì)中齒輪故障作用下斜齒輪動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的變化規(guī)律，為研究斜