含Hertz接触阻尼的直齿轮非线性动力学响应研究

发布时间：2017-05-02 19:11

  本文关键词：含Hertz接触阻尼的直齿轮非线性动力学响应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：齿轮传动系统广泛运用于动力和运动传递装置,如航空、汽车、船舶、风电、铁路等工业领域。齿轮传动系统的振动、噪音及传递动力平稳性研究成为一个关键、热点问题。本文建立了考虑非线性Hertz接触阻尼的直齿圆柱齿轮传动系统动力学模型,该模型同时包含间隙、时变刚度、静态传递误差等非线性因素。基于数值仿真算法对比分析非线性Hertz接触阻尼模型(NSD)与广泛使用的Kelvin-Voigt模型(KV)的动力学响应,并研究不同的恢复阻尼系数模型及NSD模型非线性动力学响应。本文将静态传递误差激励与轮齿侧隙耦合,得到的非线性动力学响应可以直观地与实验传递误差响应进行对比。主要研究内容为： (1)以直齿圆柱齿轮为研究对象,建立包含真实时变啮合刚度、真实误差激励、齿侧间隙、非线性冲击阻尼的齿轮传动系统动力学模型,区分系统在不同相对位移情况下系统出现冲击的三种情形,接触力的计算,迟滞阻尼效应和冲击过程中能量损耗,对动力学方程进行量纲一化处理得到系统运动微分方程。 (2)针对所建立的含非线性Hertz接触阻尼的齿轮动力学模型,在该模型的基础上进行简化得到经典的KV齿轮动力学模型。运用龙格-库塔数值法求解系统时域响应、频域响应、分岔和混沌响应。在重载条件下,两种系统都比较稳定,系统响应以单周期解为主。随着系统参数的变化,齿轮传动系统中出现倍周期分岔现象。系统稳定性随着载荷的降低也随之降低,容易出现混沌。在低速条件下,两种接触力模型的动力学响应不存在差异。在高速条件下,KV模型的周期性窗口比NSD模型的周期性窗口小。 (3)轮齿接触过程中能量损耗通常表述为阻尼耗散的形式。本文针对现有研究中出现的五种不同的恢复系数函数,分析采用不同恢复系数函数的齿轮动力学模型的时域响应曲线、接触力响应曲线和频谱图随参数变化的响应特征,给出了转速对系统动力学响应的影响规律,得到随系统参数变化的分岔响应曲线。 (4)将静态传递误差按照定义表示成位移激励,避免轴频分量被忽略。研究表明,系统响应以轴频分量为主,并出现倍频响应。在低速条件下,系统出现啸叫。随着载荷的增加,系统响应幅值降低,并随转速的增加也相应降低。 (5)基于LMS测试系统,对测试数据进行分析得到系统动态传递误差曲线和频谱图,与理论分析结果吻合,验证了理论分析的正确性。
【关键词】：直齿轮 冲击 非线性阻尼 静态传递误差 分岔
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题来源10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 齿轮传动系统动力学研究现状10-14
• 1.2.2 赫兹接触动力学研究现状14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 含非线性阻尼项的齿轮动力学建模16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 齿轮啮合外部激励研究16-18
• 2.3 齿轮啮合内部激励研究18-23
• 2.3.1 刚度激励18-22
• 2.3.2 静态传递误差激励22
• 2.3.3 非线性阻尼激励22-23
• 2.4 齿侧间隙23-24
• 2.5 直齿轮传动系统动力学模型建立24-28
• 2.5.1 直齿轮传动系统冲击物理模型24-26
• 2.5.2 接触碰撞恢复系数26
• 2.5.3 非线性接触阻尼力26-28
• 2.5.4 量纲—化齿轮系统动力学方程28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 两种赫兹接触阻尼模型的齿轮非线性动力学响应对比分析29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 非线性动力学数值分析理论29-32
• 3.2.1 变步长龙格-库塔方法29
• 3.2.2 相平面法29-32
• 3.3 NSD模型和KV模型响应对比分析32-41
• 3.3.1 时域响应32-37
• 3.3.2 载荷对不同接触力模型响应的影响37-39
• 3.3.3 转速对不同接触力模型响应影响39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 含非线性接触阻尼的碰撞振动齿轮系统响应分析42-57
• 4.1 引言42
• 4.2 碰撞模型42-47
• 4.2.1 恢复系数法44-45
• 4.2.2 碰撞能量损耗45-47
• 4.3 不同迟滞阻尼系数的接触力模型响应分析47-50
• 4.4 NSD模型的非线性动力学响应50-56
• 4.4.1 数值求解50-54
• 4.4.2 不同冲击阻尼系数对NSD模型的动力学响应的影响54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 含非线性阻尼和静态传递误差的齿轮动力学响应分析57-68
• 5.1 引言57
• 5.2 系统模型的建立57-61
• 5.2.1 冲击力模型57-58
• 5.2.2 动力学方程58-59
• 5.2.3. 静态传递误差59-61
• 5.3 数值分析61-67
• 5.3.1 传递误差响应61-64
• 5.3.2 转速和负载对系统响应的影响64-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 齿轮传动动态响应实验验证68-74
• 6.1 引言68
• 6.2 试验装置及测试系统68-71
• 6.2.1 实验装置68-69
• 6.2.2 测试方案69-70
• 6.2.3 信号采集70-71
• 6.3 齿轮静态传递误差实验对比71-73
• 6.4 本章小结73-74
• 7 总结74-76
• 7.1 论文研究工作总结74-75
• 7.2 论文创新点75
• 7.3 论文工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士期间主要研究成果80-81
• 致谢81

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马辉;太兴宇;李焕军;闻邦椿;;旋转叶片-机匣碰摩模型及试验研究综述[J];航空动力学报;2013年09期

2 刘家伦;;轮边减速器行星齿轮传动系统动态特性研究[J];机械传动;2014年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张世忠;用于SEM微纳操作的粘滑驱动精密运动定位台的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

  本文关键词：含Hertz接触阻尼的直齿轮非线性动力学响应研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：341531