单级斜齿圆柱齿轮传动系统非线性动力特性分析

发布时间：2017-05-22 21:25

  本文关键词：单级斜齿圆柱齿轮传动系统非线性动力特性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动系统以其结构紧凑、传动平稳、传动效率高等优点,被广泛应用到各大机械设备当中。随着现代机械工业的快速发展,人们对齿轮系统的动态性能有了更高的要求。深入研究齿轮系统在多种非线性因素下的动力学行为,分析齿轮系统振动的产生机理和变化规律,为设计制造小振动、低噪声、高可靠性、高传递性能的齿轮系统提供理论依据。本文以某车辆系统中使用的单级斜齿圆柱齿轮传动系统为研究对象,以振动理论为基础,综合考虑系统在多个方向上的运动情况,分别建立3自由度单级斜齿圆柱齿轮传动系统轴-扭耦合力学模型和考虑齿面时变摩擦的5自由度弯-扭-轴耦合力学模型,利用数值法对其求解,通过计算系统局部分岔图、相图、Poincaré截面图、最大Lyapunov指数、FFT频谱图、幅值云图和位移-时间映像图等,分析系统在单参数变化和多参数耦合时的动力学行为。主要内容如下:针对分段线性齿侧间隙函数进行高次拟合,得到连续光滑的齿侧间隙函数表达式。结合斜齿轮的传动特点,采用不同齿侧间隙函数对轴-扭耦合系统的混沌分岔特性和振动特性进行分析对比,定性地证明对分段线性齿侧间隙函数进行高次拟合的合理性。考虑重合度对系统的影响,划分单、双齿啮合时间。基于Buckingham的半经验公式,根据摩擦学原理,推导计算斜齿圆柱齿轮传动系统齿面摩擦系数随啮合点变化的计算式,结合齿轮啮合原理,对齿面摩擦系数随啮合点变化的趋势进行分析。建立考虑齿面时变摩擦的单级斜齿轮传动系统弯-扭-轴耦合力学模型,对系统运动方程进行无量纲化处理,并对其进行数值求解。分析系统混沌分岔特性,发现系统随啮合频率变化多处存在边界畸变现象;结合系统最大幅值云图和幅频特性叠加图进一步发现,边界畸变导致齿轮系统振动幅值跳跃甚至出现强共振响应。最后,选择不同的扭转力矩、齿侧间隙等值,计算系统在Ω~hk和Ω~εh参数平面上的幅值云图,分析系统在参数耦合作用下的振动特性,得到多个参数耦合变化时系统振动失稳的参数区域。发现在扭矩、刚度波动、啮合频率相互耦合时,系统存在多处幅值跳跃现象和强共振响应。随着扭矩的增大,系统对应的强共振幅值随之增大,而系统发生不稳定振动的参数区间明显减小;随着扭矩的增大,系统发生不稳定振动的位置有所提前。通过计算系统位移-时间映像图,分析系统随啮合时间和啮合频率的变化,系统振动渐变失稳的变化过程。
【关键词】：斜齿轮 非线性动力学 齿侧间隙 齿面摩擦 参数耦合
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 齿轮系统动力学9-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.3.1 齿轮系统非线性动力学研究现状10-11
• 1.3.2 齿面摩擦的研究现状11-12
• 1.4 本文主要技术路线12-14
• 1.4.1 研究目标12
• 1.4.2 研究方法12-14
• 1.5 本文主要研究内容14-17
• 2 3 自由度斜齿轮传动系统轴-扭耦合动力学建模17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 齿轮传动系统的动态激励17-19
• 2.2.1 刚度激励17-19
• 2.2.2 误差激励19
• 2.3 齿侧间隙函数的分析计算19-22
• 2.4 3 自由度斜齿轮传动系统的离散物理模型22-23
• 2.5 3 自由度斜齿轮传动系统的力学模型23-24
• 2.6 小结24-26
• 3 3 自由度斜齿轮传动系统动力学特性分析26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 系统相关参数计算26
• 3.3 采用分段线性齿侧间隙函数的斜齿轮传动系统动力学特性分析26-35
• 3.3.1 系统混沌分岔特性分析27-33
• 3.3.2 系统振动特性分析33-35
• 3.4 采用7次拟合齿侧间隙函数的斜齿轮传动系统动力学特性分析35-41
• 3.4.1 系统混沌分岔特性分析35-39
• 3.4.2 系统振动特性分析39-41
• 3.5 对两系统进行对比分析41
• 3.6 小结41-42
• 4 考虑齿面摩擦的5自由度斜齿轮传动系统弯-扭-轴耦合动力学建模42-49
• 4.1 引言42-43
• 4.2 考虑齿面摩擦的5自由度斜齿轮传动系统建模43-46
• 4.2.1 考虑齿面摩擦的5自由度斜齿轮传动系统离散动力学模型43-44
• 4.2.2 考虑齿面摩擦的5自由度斜齿轮传动系统动力学模型44-46
• 4.3 齿面摩擦计算46-48
• 4.4 小结48-49
• 5 考虑齿面摩擦的5自由度斜齿轮传动系统动力学特性分析49-67
• 5.1 引言49
• 5.2 系统参数选取49-50
• 5.3 系统摩擦特性分析50
• 5.4 系统混沌分岔特性分析50-56
• 5.5 系统振动特性分析56-65
• 5.5.1 时变刚度、啮合频率与扭转力矩耦合对系统的影响56-60
• 5.5.2 综合误差、啮合频率与扭转力矩耦合对系统的影响60-62
• 5.5.3 综合误差、啮合频率与齿侧间隙耦合对系统的影响62-65
• 5.6 小结65-67
• 结论67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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本文编号：386955