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修形斜齿轮啮合刚度解析模型与系统振动特性研究

王刚强  
【摘要】:齿轮传动具有传动比稳定、传递效率高、结构紧凑、寿命长以及传递速度和功率的范围广等优点,在我国能源、交通、化工、冶金、航空等领域都得到重要研究和使用,是目前使用最广泛的一种机械传动形式。与直齿轮相比,斜齿轮具有更好的啮合性能,更大的传动比,更大的承载能力以及低振动噪声等优点。但是斜齿轮啮合刚度和轮齿误差是三维空间问题,且考虑修形后的啮合刚度计算方法不同于直齿轮,传统的斜齿轮啮合刚度计算方法无法准确获得修形后的斜齿轮啮合刚度。因此建立通用的考虑修形后的斜齿轮啮合刚度解析模型以及斜齿轮传动系统动力学模型是解决问题的关键。本文以某改型涡轴发动机干式机匣齿轮箱为研究对象,建立了考虑修形的高速重载斜齿轮刚度与误差非线性耦合激励解析模型和斜齿轮传动系统混合动力学模型,研究了不同修形方式和刚度与误差耦合激励对系统振动响应的影响规律。主要内容如下:(1)利用ANSYS APDL参数化建模,得到了斜齿轮啮合模型,分考虑轮体变形与不考虑轮体变形两种情况分别求得时变啮合刚度,并与ISO 6336标准对比,作为验证解析法正确的依据。(2)推导出斜齿轮接触线快速计算方法,研究刚度与误差非线性激励耦合机理并建立刚度解析模型,用有限元法和已有文献中的方法验证了该解析模型的正确性。研究了齿轮基本参数、齿廓修形曲线、齿顶修缘,齿向修鼓以及螺旋角修形对斜齿轮单齿啮合刚度、综合啮合刚度、传递误差以及刚度均方差的影响。(3)根据节点有限元法和子结构理论建立了包含轴段单元、啮合单元、轴承单元和箱体单元的通用斜齿轮传动系统混合动力学模型。分析了考虑箱体柔性对系统固有特性和振动响应的影响,研究了特殊节点如齿轮节点和轴承节点的振动加速度幅频曲线。考虑了不同齿顶修缘量、齿顶修缘长度和齿向修鼓量对系统振动响应特性的影响,根据振动加速度幅频响应曲线得到系统合适的修形参数。(4)以某改型涡轴发动机干式机匣齿轮箱为研究对象,将修形参数代入斜齿轮传动系统,从系统角度分析了修形后齿轮接触应力的变化规律,最后搭建斜齿轮传动系统实验平台,并通过测试得到实验齿轮箱的振动信号,为高速重载斜齿轮传动系统的修形和减振降噪提供参考。


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