考慮齒頂修緣的直齒輪--轉子系統非線性動力學特性研究.pdf

1、齒輪轉子系統是旋轉機械的主要傳動系統，是各種設備中應用最廣的動力傳遞裝置。由于制造、安裝誤差和輪齒變形等因素，齒輪在嚙合過程中難免產生振動和沖擊，齒廓修形是優(yōu)化接觸、彌補誤差、降低振動和沖擊的有效手段。本文基于ANSYS軟件建立考慮齒頂修緣的準靜態(tài)直齒輪副嚙合有限元模型，輸出時變嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差。在此基礎上，基于MATLAB軟件建立直齒輪副嚙合動力學模型，與轉子有限元模型耦合形成直齒輪-轉子系統彎扭軸擺全自由度有限元模型?？紤]時變

2、嚙合剛度、靜態(tài)傳遞誤差、扭轉激勵以及齒側間隙，對直齒輪-轉子系統進行模態(tài)分析以及動力學特性分析。主要內容如下:
　　(1)基于ANSYS軟件，在準靜態(tài)下建立直齒輪副嚙合有限元模型，對其進行靜力學分析，在僅考慮輪齒變形的前提下，計算不同扭矩作用下考慮齒頂修緣的齒輪的時變嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差，為直齒輪-轉子系統動力學特性分析提供數據支持。通過分析得出不同加載扭矩將引起嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差整體幅值的變化，而齒頂修緣能夠緩和單雙齒交替

3、區(qū)的突變，使嚙合頻率的高頻成分幅值發(fā)生變化。
　　(2)建立直齒輪副嚙合動力學模型，與轉子有限元模型耦合形成直齒輪-轉子有限元模型。假定嚙合剛度為定值，對靜態(tài)傳遞誤差作用下的系統響應進行求解得出靜態(tài)傳遞誤差的基頻、高頻成分分別激起幅頻響應的有關彎扭耦合的主共振峰和超諧波共振峰?？紤]時變嚙合剛度的影響，對系統施加定值扭轉激勵，分析表明時變嚙合剛度的基頻成分也將使系統產生基頻以及倍頻成分。另外由于時變嚙合剛度和正弦扭轉激勵相互影響，系

4、統將產生嚙合頻率及其倍頻、轉頻以及嚙合頻率與轉頻的和頻、差頻等復雜的頻率成分。
　　(3)考慮齒頂修緣條件下的時變嚙合剛度和靜態(tài)傳遞誤差，分析不同扭矩下不同修緣量對系統振動響應的影響。齒頂修緣能夠降低除共振峰處的動力學響應幅值，抑制加速度幅值波動，減少振動和沖擊，并且不同扭矩對應的最優(yōu)修緣量不同，隨著齒頂修緣量的增加振動響應幅值并不是持續(xù)降低。
　　(4)考慮齒側間隙，建立僅考慮扭轉自由度的動力學模型，分析不同系統參數下齒側

5、間隙對系統動力學特性的影響。隨著齒側間隙的增大，系統硬式非線性特性以及雙邊沖擊狀態(tài)逐漸消失，均呈現為“軟化曲線”。隨著阻尼的增大系統幅頻響應幅值逐漸減少，硬式非線性特性和共振峰處的跳躍現象逐漸消失。隨著扭轉激勵的增大系統幅頻響應幅值逐漸增大，硬式非線性特性逐漸顯著。由于齒側間隙對振動響應的影響依賴于系統參數，對于本文所研究的齒輪-轉子系統，考慮齒側間隙情況下系統的幅頻響應未出現跳躍現象。
　　本文通過數值仿真方法，主要對考慮齒項修