螺旋錐齒輪多體多自由度非線性動力學研究.pdf

1、螺旋錐齒輪工作平穩(wěn)、傳動比大、傳遞動力大、結構緊湊,是各種機器和裝備中廣泛應用的傳動裝置,是齒輪傳動中最為復雜的一種。其中,包括有偏置距的準雙曲面齒輪和無偏置距的弧齒錐齒輪。其傳動效率高,傳動比穩(wěn)定,圓弧重疊系數大,承載能力高,傳動平穩(wěn)平順,工作可靠,結構緊湊,節(jié)能省料,節(jié)省空間,耐磨損,壽命長,噪音小。隨著高速和精密機械傳動的發(fā)展,對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性的要求在不斷提高,更為準確的預測其動力學特性就變得越來越重要。由于螺旋錐齒輪嚙合的復雜

2、性,如輪齒的時變剛度、嚙合時的嚙入嚙出沖擊、齒側間隙、摩擦阻力和制造及安裝誤差的存在,整個齒輪系統(tǒng)的振動是軸、齒輪、軸承、箱體及原動機等多種振動耦合的綜合作用,并且具有一定的非線性特性,使對螺旋錐齒輪系統(tǒng)的動力學研究變得十分復雜。在現(xiàn)階段,對齒輪系統(tǒng)的動態(tài)特性進行深入的理論和實驗研究,尋找出其振動計算的一般規(guī)律,具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 本文的主要目的就是建立有效的數學模型和分析技術,描述螺旋錐齒輪的嚙合和動力學特性,綜

3、合考慮各種非線性因素,預測動態(tài)響應,以揭示螺旋錐齒輪傳動系統(tǒng)的根本物理現(xiàn)象。本文進行了如下研究工作:
　　 首先,通過利用專業(yè)螺旋錐齒輪有限元分析軟件對齒輪系統(tǒng)進行三維造型建模和有限元建模分析。對螺旋錐齒輪Face-milled租Face-hobbed兩種不同的加工方法進行了深入研究。針對兩種不同加工方法的加工特點建立螺旋錐齒輪小輪和大輪齒面方程,通過無載齒面接觸分析,求解接觸路徑上的主曲率、主方向和接觸橢圓。確定非線性動力學方

4、程中的幾何量、力學量和物理量,為今后的動力學分析打下基礎。建立基于三維準靜態(tài)齒面加載接觸分析模型,求解不同載荷作用下傳動誤差,接觸區(qū)域印跡,時變嚙合剛度,嚙合點位置和嚙合力作用線方向等嚙合特征參數。
　　 第二,建立螺旋錐齒輪傳動系統(tǒng)多體多自由度非線性動力學分析模型。運用現(xiàn)代的理論和分析方法,通過對螺旋錐齒輪嚙合模型和系統(tǒng)動態(tài)激勵的分析,利用集中參數法建立了螺旋錐齒輪系統(tǒng)的彎-扭-軸-擺多自由度以及包括原動機和負載以及小輪和大輪

5、的多體多自由度非線性動力學模型,該模型中考慮了系統(tǒng)的綜合嚙合誤差、時變嚙合剛度、摩擦力、陀螺效應以及齒側間隙,得到其運動微分方程,運用先進的非線性算法及計算機軟件求解動態(tài)響應。
　　 第三,研究了混合潤滑條件下摩擦力和時變摩擦系數對螺旋錐齒輪系統(tǒng)動力學特性的影響。通過研究彈流潤滑理論,區(qū)分了齒輪不同的潤滑狀態(tài)。在混合潤滑狀態(tài)下建立基于Mixed-EHL理論的時變摩擦系數模型,利用該模型求解在不同載荷和轉速條件下齒面嚙合區(qū)域每個網