考虑粗糙齿面影响的大重合度直齿轮非线性动力学特性研究

发布时间：2017-12-08 13:19

  本文关键词：考虑粗糙齿面影响的大重合度直齿轮非线性动力学特性研究

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【摘要】：齿轮副作为机械装备中应用最为广泛的传动件,在啮合过程中产生的振动噪声是整机振动噪声的重要组成。降低齿轮副的振动噪声水平对提高整机的性能,甚至疲劳寿命有重要的意义。重合度大于2.0的齿轮传动能有效地减小单齿载荷,对传动系统的减重、减振和降噪有着显著的作用,但大重合度齿轮相对滑动大且对精度参数敏感,为此,本文提出通过进行考虑粗糙齿面影响的大重合度齿轮非线性动力学性能研究,从而建立大重合度齿轮参数设计理论体系的研究思路。根据展成法加工原理所得渐开线齿轮的精确齿廓方程,推导了大重合度齿轮在啮合过程中的齿面相对滑动速度、曲率半径以及赫兹压力等时变参数。基于上述时变参数,结合弹性流体动压润滑下的摩擦系数模型,并考虑大重合度齿轮在啮合过程中的双—三齿交替引起的载荷突变,提出了大重合度齿轮时变摩擦系数模型。使用M-B分形函数对粗糙齿面进行表征,建立了包含齿面粗糙度的静态传动误差数学模型。阐述了传统势能法刚度计算的基本原理,采用有限元法和实验方法对计算结果进行对比验证。论述了传统势能法不考虑齿侧间隙和动态啮合过程中由摩擦力引起的变形的不足,提出了改进的势能法刚度计算方法。对比分析了扭矩、转速和重合度对时变刚度的影响。给出了一般大重合度齿轮单齿刚度和时变啮合刚度均值的推荐值。基于大重合度齿轮时变摩擦系数模型、静态传动误差模型和改进的势能法刚度计算模型,建立了大重合度齿轮多自由度非线性动力学模型;对比分析了不同工况下大重合度齿轮和普通重合度齿轮的动力学性能,对比结果揭示了大重合度齿轮动态性能的优势。还研究了齿顶高系数和压力角对大重合度齿轮动力学响应的影响。结果表明:当重合度从2至3的变化过程中,系统的动态性能呈现出先变差再变好的趋势。研究了系统阻尼比、转速、扭矩和齿面精度对大重合度齿轮非线性振动响应的影响,掌握了各参数对系统响应幅值、稳定性、跳跃现象和分岔特性的影响规律;针对不同工况条件下的大重合度齿轮系统,通过进行非线性动力学特性分析,可以得到既满足振动性能要求,又能尽可能降低加工成本和难度的系统参数,建立大重合度齿轮动态参数设计理论体系,为齿轮设计和加工提供理论支撑。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH132.41

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本文编号：1266529