復(fù)雜工況齒輪傳動軸微動磨損機理及其預(yù)測方法研究.pdf

1、齒輪組件作為動力機械中傳遞功率的主要部件，主要起到支承轉(zhuǎn)動零件并傳遞運動、扭矩或彎矩的作用。由于齒輪嚙合力的周期性變化導(dǎo)致齒輪軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，從而導(dǎo)致齒輪軸肩與軸承內(nèi)圈之間的粘著-滑動摩擦失穩(wěn)現(xiàn)象。隨著動力機械的持續(xù)運轉(zhuǎn)，進而導(dǎo)致齒輪軸肩產(chǎn)生微動磨損。微動磨損普遍存在于各種機械裝備的運行中，經(jīng)常使零件的材料疲勞極限降低，是關(guān)鍵零部件失效的重要原因之一。在齒輪軸運轉(zhuǎn)過程中，齒輪軸與軸承構(gòu)成的運動系統(tǒng)具有內(nèi)部參數(shù)變化、外加負載干擾、傳動系統(tǒng)

2、中的摩擦干擾和模型的不確定性以及非線性的復(fù)雜特點。其扭振具有轉(zhuǎn)速低、承載大和干摩擦作用的典型特征，因此，齒輪軸在運轉(zhuǎn)過程中不可避免地出現(xiàn)扭振幅值和噪聲都大幅度增加的現(xiàn)象。以上影響因素導(dǎo)致齒輪軸運轉(zhuǎn)的均勻性差，容易使齒輪軸與軸承之間的接觸面產(chǎn)生微動，引起齒輪軸肩的微動磨損，嚴重的微動磨損造成齒輪軸的疲勞斷裂，從而使復(fù)雜工況產(chǎn)生機械故障。
　　因此，本文以國家“863”項目[2008AA11A116]、武器裝備預(yù)研重點基金項目[914

3、0A2011QT4801]和校企合作項目“減速器傳動齒輪組件性能分析及優(yōu)化設(shè)計研究”為依托，對復(fù)雜工況下齒輪傳動機構(gòu)中的齒輪軸肩與軸承接觸面之間的微動磨損現(xiàn)象進行了機理與數(shù)值計算相結(jié)合的研究，主要研究工作如下:
　　(1)建立了復(fù)雜工況齒輪組件有限元仿真模型，對齒輪軸肩微動現(xiàn)象進行了有限元仿真分析，得到齒輪軸肩的應(yīng)力場、應(yīng)變場和溫度場的變化規(guī)律。仿真結(jié)果表明，接觸應(yīng)力隨軸肩高度的增加而增大;軸向變形量和徑向變形量隨軸肩高度的增加而

4、增大;齒輪軸肩的溫度場和熱應(yīng)力場隨著齒輪轉(zhuǎn)速的增加而增大。
　　(2)建立了復(fù)雜工況齒輪軸肩微動摩擦失穩(wěn)模型和運動學(xué)方程，引入了摩擦失穩(wěn)阻尼比，得到齒輪軸肩微動摩擦失穩(wěn)的判別條件。在此基礎(chǔ)上建立了齒輪軸肩微觀扭振數(shù)值計算模型，分析了齒輪軸肩微觀扭振隨主要影響因素的變化規(guī)律。計算結(jié)果表明，載荷和轉(zhuǎn)速是導(dǎo)致齒輪軸肩微動摩擦失穩(wěn)的主要因素，并且齒輪軸肩的微動摩擦失穩(wěn)是造成齒輪軸肩表面微動磨損的主要原因。
　　(3)在復(fù)雜工況齒輪傳

5、動軸機構(gòu)中的齒輪軸肩與軸承接觸特性和扭振摩擦運動特性分析的基礎(chǔ)上，研究了復(fù)雜工況齒輪軸肩微動磨損機理并建立了齒輪軸肩微動磨損數(shù)學(xué)模型。在復(fù)雜工況齒輪軸肩微動磨損數(shù)值計算的基礎(chǔ)上，分析了預(yù)緊力矩、傳遞功率、過盈量、摩擦因數(shù)以及轉(zhuǎn)速等主要因素對齒輪軸肩微動磨損的影響。
　　(4)建立了復(fù)雜工況齒輪軸肩微動磨損影響因素模糊灰色關(guān)聯(lián)分析模型，以各工況下齒輪軸肩微動磨損量為模型的參考序列，各工況下特征性能指標(biāo)為模型的比較序列，對影響復(fù)雜工況

6、齒輪軸肩微動磨損性能的特征指標(biāo)重要性程度進行了模糊灰色關(guān)聯(lián)度的研究。結(jié)果表明，即各主要因素對復(fù)雜工況齒輪傳動軸微動磨損的影響程度為傳遞功率＞轉(zhuǎn)速＞預(yù)緊力矩＞過盈量＞摩擦因數(shù)。
　　(5)構(gòu)建了復(fù)雜工況齒輪軸肩微動磨損量支持向量機預(yù)測方法，并采用自適應(yīng)變權(quán)重粒子群優(yōu)化算法對其進行優(yōu)化。仿真與計算結(jié)果一致表明，基于自適應(yīng)變權(quán)重粒子群優(yōu)化算法支持向量機的復(fù)雜工況齒輪軸肩微動磨損預(yù)測方法的均方根誤差為0.103％、平均相對誤差為2.06％