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主减速器准双曲面齿轮—转子—轴承系统非线性动力学研究

廖红  
【摘要】:齿轮-转子-轴承系统因具备高能量密度,高效率,低振动,低噪声等特点,而被广泛应用于汽车传动系统,其工作性能对整车NVH性能有至关重要的影响。因此,如何建立更为有效的动力学模型以准确地预测其动态特性,是当前工程领域亟待解决的难题之一。本文选取汽车主减速器中准双曲面齿轮副、转轴和圆锥滚子轴承构成的齿轮-转子-轴承系统作为研究对象,综合考虑齿轮、轴承与转轴的振动耦合等多种影响因素,构建了更为精确有效的非线性动力学模型,应用现代分析技术全面深入地研究了系统动力学行为以及振动噪声的产生机理。具体研究工作如下:首先,考虑了齿轮动态啮合力对转轴振动的影响,基于连续质量的梁振动理论,建立了转轴弯-扭振动数学模型。综合考虑了发动机输出扭矩、路面阻力等外部激励,以分段非线性函数表示的齿轮动态啮合力、齿面摩擦阻力和以非线性幂函数表示的轴承动态支承力等系统内部激励,以及转轴弯曲效应对齿轮振动的影响,构建了集中参数的准双曲面齿轮弯-扭-轴-摆振动数学模型。考虑了柔性转轴对轴承振动的影响,建立了轴承振动分析模型。其次,采用4-5阶自适应步长的Runge-Kutta数值方法求解了控制微分方程,获取了系统多种稳态响应,基于时域、频域及相空间分析技术,探讨了一系列动力学参数对系统动态特性及分岔与混沌的影响。同时采用多尺度法获得了系统主共振和次共振的近似解析解及失稳边界条件。再次,构建了准双曲面齿轮CAE仿真模型,研究了齿轮的固有特性及齿面接触特性。同时基于齿轮-转子-轴承系统的Romax Designer虚拟样机,得到了齿轮与轴承的动态响应。最后,基于主减速器振动测试以及车内噪声的试验数据,探讨了负载扭矩、齿侧间隙等参数对主减速器振动的影响,获得了最佳齿侧间隙,并验证了轴承支承刚度优化后减振降噪的实际效果。同时,将试验数据和仿真结果的进行对比分析,验证了理论模型及计算结果。基于理论建模、仿真分析和试验验证的并行研究路线,为主减速器动态设计与优化提供了理论依据。


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