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摆线锥齿轮非线性接触动力学特性研究

郭春华  
【摘要】:摆线锥齿轮(Klingelnberg)是目前常用的螺旋锥齿轮之一,常工作在重载、冲击和变载荷等复杂工况下,因此齿面失效、振动和噪声便是随之产生的问题。加之其复杂的齿面结构和强非线性因素(时变啮合刚度、时变啮合阻尼、传递误差、间隙、摩擦),使摆线锥齿轮动力学问题尤为突出,因此其动力学特性便成为国内外的一大研究热点。 论文基于国家自然科学基金项目:重载摆线锥齿轮非稳态条件下损伤机理研究与辨识(项目编号:51075006)的资助,针对摆线锥齿轮耦合振动特性以及考虑有无摩擦时的动力学行为进行研究,主要内容如下: (1)基于摆线锥齿轮振动机理,采用集中参数法建立摆线锥齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合振动模型,并介绍齿轮振动中相关激励源:啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。 (2)应用Lagrange原理推导其振动平衡方程,对方程进行降阶、解耦和归一化,得到齿轮副动力学方程。针对啮合中的非线性因素,如时变啮合阻尼、时变啮合刚度和间隙,提取其数学模型,为动力学方程求解和响应特性分析打下基础。 (3)采用Runge-Kutta法求解动力学方程,基于啮合点法向位移与间隙之间不同的表达关系,依次分析常数阻尼、谐波阻尼、谐波刚度、激励频率和外载荷在-1X1、X≤-1和X≥1三种情况下对齿轮副啮合动力学特性的影响规律,并绘制相应的振动特性曲线。 (4)针对轮齿啮合中存在的齿面摩擦,对摆线锥齿轮副进行齿面摩擦矢量分析,采用Coulomp摩擦模型求解啮合齿面法向摩擦力。基于前述理论,建立齿轮副含摩擦的数学模型,并对所推导动力学方程进行求解。针对方程中的时变项:摩擦因子、常数阻尼、谐波阻尼、谐波刚度、外载荷、传递误差及激励频率分别作相应分析,给出振动特性曲线,并在此基础上对比分析有无摩擦时上述时变项对齿轮副振动特性的影响规律。


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