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基于附加阻尼环的弧齿锥齿轮传动减振研究

彭楠  
【摘要】:弧齿锥齿轮被普遍应用于各类机械传动系统的高速级,如直升机传动系统以及航空发动机的附件传动系统中。由于其工况比较恶劣,易产生振动和冲击,因此对弧齿锥齿轮进行减振研究十分重要。 阻尼环减振是改善齿轮振动性能的有效措施,且结构紧凑、工艺简单。工程中实际应用阻尼环时主要是基于经验公式和实验来实现的,这样无疑会增加研究成本和生产周期,因此对齿轮阻尼环进行理论分析研究显得尤为重要。 首先,本文推导了弧齿锥齿轮的球面渐开线齿廓方程,并结合啮合原理和齿轮加工原理,研究基于CATIA的球面渐开线弧齿锥齿轮的参数化精确三维建模方法,并借助VB和CATIA实现了弧齿锥齿轮的参数化建模。 其次,本文使用自行编制的弧齿锥齿轮参数化建模软件创建三维模型并导入有限元分析软件ANSYS中,计算求解了弧齿锥齿轮的综合啮合刚度;基于集中参数法,建立了考虑传动误差、齿侧间隙和时变啮合刚度的弧齿锥齿轮传动8自由度非线性动力学模型,求解动力学方程,研究了弧齿锥齿轮传动的固有特性和动态响应特性。研究结果表明:弧齿锥齿轮主动轮的支撑刚度和平均啮合刚度对齿轮系统高阶固有频率影响较大,从动轮的支撑刚度对弧齿锥齿轮传动的低阶固有频率影响较大;较小的支撑刚度以及较大的输入扭矩能够使得弧齿锥齿轮传动的动载系数有所下降。 然后,对阻尼环进行了接触分析计算,分别得到了闭口阻尼环与开口阻尼环与齿轮沟槽间的接触压力表达式;运用赫兹接触理论计算得到了阻尼环与齿轮的接触刚度表达式。 最后,建立了附加阻尼环的弧齿锥齿轮传动系统的12自由度动力学模型,求解系统动力学方程。研究了附加阻尼环的弧齿锥齿轮传动系统的固有特性和动态响应特性;对比了附加阻尼环后与未附加阻尼环齿轮系统的动态响应,发现附加阻尼环后各自由度上的位移与速度响应都有明显的降低;研究了闭口阻尼环与开口阻尼环结构参数对系统动态响应及系统动载系数的影响,为合理设计阻尼环结构提供了一定的理论依据。


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