考虑间隙的变速器斜齿轮副非线性动力学研究

【摘要】：齿轮系统作为变速器中应用最为广泛的动力传动装置，其工作时产生的振动是变速器齿轮传动系统动态性能恶化的最主要表现之一。本文以单对圆柱斜齿轮副为例，对齿轮间隙非线性振动问题进行了较深入的分析，探讨了系统动力学行为随参数变化的全局与局部特性。由于齿面摩擦对齿轮系统的振动噪声有不可忽视的影响，本文又进一步研究了计及齿面摩擦的含间隙斜齿轮副传动的非线性特性，从而为齿轮系统振动噪声的控制提供了理论支持。 基于前期研究，综合考虑时变啮合刚度及综合误差等因素，建立了含间隙的圆柱斜齿轮副单自由度非线性动力学模型。应用Runge-Kutta法对单自由度运动微分方程进行了数值求解，利用分岔图等方法分析，结合算例探讨了载荷比、齿侧间隙、阻尼比、齿频比以及螺旋角等参数对系统动力学行为的影响。分析结果表明：高速轻载时，系统运动特性受侧隙变化的影响较为复杂，随着侧隙增大，出现了周期运动-混沌运动-周期运动-拟周期运动-周期运动-混沌运动的交替变化；高速重载时则受到侧隙的影响较小。 根据啮合位置和时变接触线的变化，给出了斜齿轮副时变啮合刚度和时变摩擦力矩的计算公式。在计及齿面摩擦的情况下，建立了含间隙的圆柱斜齿轮副动力学模型，得出其状态方程，分析了侧隙、动摩擦因数、转速等参数变化对系统动力学响应和功率损失的影响，从而为改进各种恶劣工况下的齿轮传动性能提供了理论依据。