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《重庆大学》 2003年
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汽车螺旋锥齿轮传动耦合非线性振动研究

王立华  
【摘要】:螺旋锥齿轮包括弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮是汽车和工程机械传动系统的重要组成部分,其工作性能对整个传动系统有着至关重要的影响。随着汽车车速和功率的提高,汽车螺旋锥齿轮传动正朝着高速、重载方向发展,其动力学行为的研究便成为国内外学者所关注的课题,由于我国汽车齿轮振动噪声普遍比国外产品严重,因此汽车螺旋锥齿轮耦合非线性动力学行为的研究更是工程实际中亟待解决的重要课题之一。 由于润滑和安装的需要,以及制造、加工、安装等过程中出现的误差和齿轮传动过程中的磨损,使得齿轮啮合不可避免地出现齿侧间隙,再加上轮齿刚度的时变性,弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动系统便成为一种参数激励且具有时变啮合刚度的间隙非线性系统。弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动系统的耦合非线性振动特性的研究,不仅对于汽车螺旋锥齿轮的动态设计具有重要的实用价值,而且具有重要的理论意义。 本文基于国家自然科学基金项目“高速汽车传动三维多点接触碰撞动力学仿真及物理模拟”(批准号:50075088)的资助,围绕汽车螺旋锥齿轮耦合非线性动力学问题进行了相关研究。在弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动系统的耦合振动、三维冲击动力接触非线性特性和含时变啮合刚度和齿侧间隙的非线性振动特性等方面的研究取得了成果,论文的主要内容包括: 1. 建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮轮齿有限元分析模型,并结合动力接触有限元混合算法分析了轮齿的动态啮合性能。 2. 利用集中参数法建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动系统多自由度的弯-扭-轴-摆耦合振动动力学模型和分析模型。模型中考虑了传动轴和轴承的弹性变形以及齿轮的啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。在此基础上建立了包括齿轮传动系统和结构系统的完整齿轮系统分析模型,对齿轮系统的动态响应进行了数值仿真分析。 3. 根据哈密尔顿原理推导了冲击动力接触问题的有限元运动微分方程,利用三维冲击动力接触有限元混合法编制了三维冲击动力接触问题的有限元程序,并对弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的三维冲击动力接触特性进行了分析计算。 4. 对弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动间隙非线性系统进行三维冲击动力接触数值模拟,分析了齿侧间隙对轮齿受初速冲击、突加载荷冲击时齿面冲击接触力的影响,通过数值模拟,给出了齿面冲击接触力的变化规律。 5. 建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的间隙非线性动力学模型和变参数、弯 WP=6 扭耦合、包含多元非线性函数的多自由度非线性微分方程组,通过坐标变换,推导了齿轮系统无量纲非线性统一微分方程组,使方程组中的弹性恢复力项全部是统一形式的1元间隙非线性函数,便于求解和推广。 6. 采用5阶变步长自适应Runge-Kutta数值积分方法和Matlab软件的Simulink仿真工具箱对系统的无量纲统一微分方程进行了数值仿真分析,得到系统的单周期简谐响应、多周期次谐响应、拟周期响应和混沌响应等多种稳态响应结果。并结合响应的时间历程、相平面图、Poincaré映射图和FFT频谱图对得到的各类响应进行了详细的分析和比较。 7. 设计了准双曲面齿轮系统动态测试实验台,进行了试验模态测试和动态响应测试,实验结果与理论计算结果基本吻合。 本文在以下四个方面取得了创新性成果。 (1) 建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮系统包括传动系统和结构系统的完整的分析模型; (2) 建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮系统动力分析模型并进行了动态响应分析; (3) 进行了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮三维冲击动力接触特性分析,研究了有关参数对齿面冲击力的影响; (4) 进行了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮含齿侧间隙、时变啮合刚度和传动误差时的非线性动力学分析。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U463

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 袁哲;齿轮振动可靠性与修形减振策略研究[D];东北大学;2010年
2 庞茂;汽车主减速器振动信号非线性特征研究[D];浙江大学;2006年
3 陈霞;直齿锥齿轮修形方法研究[D];华中科技大学;2006年
4 明兴祖;螺旋锥齿轮磨削界面力热耦合与表面性能生成机理研究[D];中南大学;2010年
5 武志斐;FSH锥齿轮传动啮合特性的理论与实验研究[D];太原理工大学;2012年
6 温芳;环式少齿差行星齿轮传动的非线性动力学研究[D];广西大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 田磊;汽车主减速器性能及其检测方法研究[D];浙江大学;2007年
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4 龙虎;双圆弧弧齿锥齿轮动态特性试验与研究[D];太原理工大学;2012年
5 姚启萍;SGM弧齿锥齿轮设计参数与时变啮合刚度关系的研究[D];中南大学;2012年
6 于印鑫;某型汽车变速器的动力学特性分析[D];东北大学;2010年
7 杨香莲;轮式挖掘机驱动后桥总成动力学分析[D];重庆交通大学;2012年
8 黄云;烟机齿轮箱动力减振技术研究[D];沈阳工业大学;2013年
9 白俊峰;风力发电机增速机构动力学分析[D];沈阳工业大学;2012年
10 刘文军;某中型客车驱动桥振动噪声分析与试验研究[D];吉林大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方宗德;准双曲面齿轮传动的动载荷计算[J];汽车工程;1994年02期
2 杨宏斌,高建平,方宗德,邓效忠,周彦伟;准双曲面齿轮非线性振动分析[J];汽车工程;2000年01期
3 黄昌华,王季军,王人成,廖绍华,李润方,秦大同;准双曲面齿轮副台架性能试验[J];清华大学学报(自然科学版);1998年10期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 古永棋;KYL-1型汽车重心位置及转动惯量测量装置[J];汽车工程;1990年01期
4 唐天元,张增建;变速比齿轮齿条式转向器齿条齿面数学模型[J];汽车工程;1990年04期
5 张振林,赵京华;变速比转向器齿轮副的机理分析[J];汽车工程;1996年01期
6 杨宏斌,高建平,方宗德,邓效忠,周彦伟;准双曲面齿轮非线性振动分析[J];汽车工程;2000年01期
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8 管迪华;彭会;范成建;;轮胎模态试验分析的研究[J];汽车工程;2005年06期
9 王文平;项昌乐;;某型复杂变速器壳体的模态研究[J];汽车工程;2007年08期
10 谢小平;韩旭;吴长德;雷飞;;基于PolyMAX方法的某轿车白车身实验模态分析[J];汽车工程;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢永;蔡国平;刘松;;基于输入和输出数据的柔性板的时域空间建模与主动控制研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 姚志刚;张萌;张伟;张君华;;压电复合材料层合梁的分叉、混沌动力学与全局动力学分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 李春明;尹华兵;;齿侧间隙对行星排齿轮动态特性的影响分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
4 常丽娟;刘浩宇;田歌;;基于推进波前法和Delaunay三角法相结合的网格划分方法的研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
5 张明星;柳亦兵;辛卫东;;基于时域方法的核电站沸水反应堆试验模态参数识别[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 谭祥军;;整车状态下的动力总成刚体模态分析[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
7 包淼;;某型号汽车驾驶室模态测试分析[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
8 何小斌;谭祥军;;汽车排气系统的模态试验分析[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
9 崔云俊;熊春阳;方竞;;一个网格剖分的组合方法[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年
10 郭建娟;尹华兵;江磊;邵朋礼;;基于LS-DYNA的定轴齿轮和行星排渐开线直齿轮非线性动力学特性研究[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周平;柔体动力学初值问题拟变分原理及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
3 董杰;基于单目视觉的散焦测距算法的研究[D];中国海洋大学;2010年
4 陈奇;基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D];合肥工业大学;2010年
5 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
6 余志华;基于光波导的芯片间光互连网络的设计与实现[D];华中科技大学;2010年
7 杨陈;低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究[D];浙江大学;2009年
8 郭磊;车用动力总成结构振动噪声的虚拟预测与分析技术研究[D];浙江大学;2009年
9 刘小根;玻璃幕墙安全性能评估及其面板失效检测技术[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
10 朱军华;环境因素作用下的结构损伤检测[D];暨南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 符俊杰;敷设粘弹阻尼的矿用溜槽振动特性研究[D];山东科技大学;2010年
2 李友;数控机床床身系统动态特性分析[D];长春理工大学;2010年
3 胡宇龙;自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验[D];浙江理工大学;2010年
4 丁豹;斜齿轮系统振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 袁兴军;含有对称分支结构轴系异向振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 谈洋;动柱式卧式加工中心整机动态特性试验研究[D];大连理工大学;2010年
7 修孝廷;双层周期加筋板声学特性数值方法研究[D];大连理工大学;2010年
8 赵飞;风力发电齿轮箱非线性耦合动态特性研究[D];大连理工大学;2010年
9 马茜;准分布式光纤布拉格光栅温度监测系统的研究[D];大连理工大学;2010年
10 冯宇剑;螺旋桨脉动压力识别[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方宗德;准双曲面齿轮传动的动载荷计算[J];汽车工程;1994年02期
2 仪垂杰,张建,宋雷鸣;汽车后桥噪声的分析与试验研究[J];汽车工程;1994年05期
3 方宗德,杨宏斌;准双曲面齿轮传动的轮齿接触分析[J];汽车工程;1998年06期
4 方宗德,田行斌;准双曲面齿轮有摩擦承载接触分析[J];汽车工程;1999年03期
5 杨宏斌,高建平,方宗德,邓效忠,周彦伟;准双曲面齿轮非线性振动分析[J];汽车工程;2000年01期
6 方宗德,杨宏斌;准双曲面齿轮弯曲应力过程的精确计算[J];汽车工程;2000年06期
7 林军,周晓军,陈子辰,陈庆春;驱动桥总成在线检测计算机测控系统研究[J];汽车工程;2002年01期
8 林柏忠,杨得军,郭学立,管欣,郭孔辉;具有模块化结构的汽车动力学仿真模型的初步研究[J];汽车工程;2003年04期
9 阴晓峰,谭晶星,雷雨龙,葛安林,牛铭奎;软件容错技术在AMT控制系统开发中的应用[J];汽车工程;2004年01期
10 孟庆华,周晓军,庞茂,张金迎;Bootstrap法在车辆故障检测中的研究及应用[J];汽车工程;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 汪久根;全永昕;周桂如;;乏油线接触部分膜弹流润滑分析[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集(下册)[C];1992年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 章易程;齿轮乏油传动的摩擦学研究[D];中南大学;2011年
2 冯治恒;螺旋锥齿轮多体多自由度非线性动力学研究[D];重庆大学;2010年
3 李华;逆算符法及其在机械非线性动力分析中的应用[D];西安电子科技大学;1999年
4 刘光磊;孤齿锥齿轮传动动态接触特性研究[D];西北工业大学;2000年
5 胡鹏浩;非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究[D];合肥工业大学;2001年
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7 曹树谦;高维复杂转子系统非线性动力学的若干现代问题研究[D];天津大学;2003年
8 金文光;小信号混沌动力学测量研究[D];浙江大学;2003年
9 孙保苍;轴承—转子系统非线性动力学若干问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
10 韩振南;齿轮传动系统的故障诊断方法的研究[D];太原理工大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石兴保;齿轮增速器的振动特性分析及其隔振设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李红梅;双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析[D];太原理工大学;2011年
3 蒋坤;平行轴齿轮转子系统的动力特性[D];东北大学;2009年
4 韩放;复杂转子系统若干动力学特性的研究[D];东北大学;2009年
5 黄晋英;发动机结构的有限元建模与动态特性分析[D];华北工学院;2000年
6 胡坚;汽车后桥测量选垫系统的研制[D];合肥工业大学;2003年
7 邓季贤;双圆弧弧齿锥齿轮原理及其加工工艺[D];太原理工大学;2003年
8 桑建国;螺旋锥齿轮加载啮合分析[D];沈阳工业大学;2002年
9 应广驰;三环传动弹性啮合效应的研究[D];天津大学;2004年
10 姚俊红;双圆弧弧齿锥齿轮传动的三维建模及切齿啮合模拟与分析[D];天津工业大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 朱肖青;;热处理及加工定位方式对鼓形齿轮轴加工的影响研究[J];新技术新工艺;2012年06期
2 庞茂;吴瑞明;谢明祥;;关联维数快速算法及其在机械故障诊断中的应用[J];振动与冲击;2010年12期
3 朱俊飞;周瑞平;胡义;林雨;;带齿轮副船舶推进轴系动态响应仿真研究[J];振动与冲击;2013年09期
4 明兴祖;李飞;张然;周静;;螺旋锥齿轮磨削表层金相组织的试验研究[J];中国机械工程;2014年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 田沙;赵鹏举;;高精度硬齿面齿轮制造技术发展趋势[A];2012年陕西省焊接学术交流会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 潘玉娜;滚动轴承的性能退化特征提取及评估方法研究[D];上海交通大学;2011年
2 武志斐;FSH锥齿轮传动啮合特性的理论与实验研究[D];太原理工大学;2012年
3 郝东升;齿轮啮合数值分析建模方法及其应用研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁兴军;含有对称分支结构轴系异向振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨洋;兆瓦级风电机组变桨减速器动态特性及可靠性分析[D];湘潭大学;2010年
3 苏红涛;直齿圆锥齿轮振动摆辗成形技术研究[D];江西理工大学;2010年
4 郑帅;混合动力汽车差速耦合装置的失效分析与试验验证[D];吉林大学;2011年
5 蔡森叶;球面渐开线斜齿锥齿轮切齿法研究[D];吉林大学;2011年
6 肖泽艳;轿车差速器参数化设计与有限元分析[D];武汉理工大学;2011年
7 李磊;基于网络化虚拟仪器的车辆零部件检测系统的研发[D];武汉理工大学;2011年
8 郭竞妍;微型车车桥锥齿轮配对质量检测系统设计[D];武汉理工大学;2011年
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10 杨东;直齿锥齿轮齿形修形设计理论研究[D];济南大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方宗德;准双曲面齿轮传动的动载荷计算[J];汽车工程;1994年02期
2 方宗德,杨宏斌;准双曲面齿轮传动的轮齿接触分析[J];汽车工程;1998年06期
3 方宗德,田行斌;准双曲面齿轮有摩擦承载接触分析[J];汽车工程;1999年03期
4 金晶立,姚文兵,杨林,陶柯;弧齿锥齿轮的动态分析[J];沈阳工业大学学报;1992年04期
5 方宗德,沈允文,黄镇东;2K-H行星减速器的动态特性[J];西北工业大学学报;1990年04期
6 刘更,沈允文,何大为;齿轮参数对斜齿轮传动振动特性的影响[J];西北工业大学学报;1992年01期
7 刘更;沈允文;方宗德;何大为;高向群;;航空高速双联斜齿圆柱齿轮行波共振的研究[J];西北工业大学学报;1992年03期
8 沈允文,刘更,朱均;具有不同辐板布置斜齿轮传动系统的动态特性研究[J];西北工业大学学报;1995年02期
9 王玉芳;童忠钫;;齿轮加速度噪声的研究[J];振动与冲击;1991年01期
10 张若雪,顾明,项海帆;用总体最小二乘法识别桥梁结构的气动导数[J];振动与冲击;1997年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 肖来元;易传云;廖道训;;数字化共轭曲面理论与共轭曲面反求[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
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