摘要：【目的】齿轮副时变啮合刚度作为齿轮系统最主要的内部激励之一,是齿轮系统产生振动噪声的重要原因。在以往的研究中,往往采用齿面修形和引入减振器来改善系统的振动响应,鲜有文献研究齿轮副啮合刚度波动对系统振动特性的影响。以斜齿轮为研究对象,提出了一种低波动啮合刚度设计方法以改善斜齿轮系统的振动特性。【方法】由于斜齿轮副在啮合过程中接触线长度会发生变化,从而产生刚度波动,因此,设计方法的核心思想是根据啮合原理推导出齿轮在啮合过程中接触线总长度变化最小所需要满足的条件;而后与有限元法进行对比,验证参数设计方法以及建立的啮合刚度模型的正确性和有效性。建立8自由度斜齿轮动力学模型,对比了优化前后反映振动能量的均方根图,分析了加载静态传递误差(Loaded Static Transfer Error,LSTE)和动态响应。最后,讨论了所提出的两种优化设计方法。【结果】结果表明,适当的参数设计可以显著降低齿轮啮合刚度波动,并优化LSTE、改善系统振动。研究结果为齿轮系统的减振设计提供了理论支持。

摘要：时变啮合刚度是齿轮动力学设计与分析中至关重要的参数,而充斥啮合齿面的润滑剂会改变齿轮接触特性,影响时变啮合刚度。同时,小模数齿轮副的中心距极小,其啮合角、重合度与啮合刚度等对中心距误差非常敏感。针对脂润滑与中心距误差对小模数齿轮接触的影响,该研究基于弹流脂润滑理论,推导了油膜承载刚度的计算公式;结合势能法,构建了脂润滑齿轮的时变啮合刚度计算模型,研究了转速、黏度对脂润滑齿轮啮合刚度的影响规律。研究结果表明:脂润滑小模数齿轮的二次压力峰与膜厚紧缩现象明显,其位置随着载荷的增加向出口偏移;充斥啮合齿面之间的润滑油膜通过增大接触面积,从而强化小模数齿轮的时变啮合刚度;相反,中心距误差的增加会弱化齿轮副的时变啮合刚度;油脂黏度可以增加油膜对齿轮副啮合刚度的强化作用,但齿轮转速的上升会弱化脂润滑齿轮的啮合刚度。

摘要：以含变位的渐开线直齿轮副为研究对象,基于能量法建立了包含非线性赫兹接触刚度、真实的齿廓型线和基体刚度耦合效应的齿轮啮合刚度计算模型。考虑齿轮变位的影响,修正了啮合刚度计算中齿廓型线、基圆半角和齿根圆半角的计算公式;修正了考虑齿面摩擦时的基体耦合刚度模型;推导了考虑几何偏心的齿轮啮合点压力角模型。研究了变位、齿面摩擦和几何偏心对啮合刚度的影响规律。结果表明,变位齿轮副的中心距、啮合刚度幅值、重合度都有着较大变化;由于变位,一对相互啮合的齿轮齿面摩擦力方向改变的时刻不再是发生在单齿啮合区间,进而影响齿轮啮合刚度特征;几何偏心会使啮合刚度峰-峰值增大,同时啮合刚度频域中出现以转频为间隔的边频,当主从动轮都存在偏心时会出现以转频之差为间隔的边频;综合考虑三种因素作用,可显著影响齿轮啮合刚度特性。研究结果为进一步研究变位齿轮动力学提供了参考。

摘要：螺旋锥齿轮啮合刚度计算是其动力学分析的基础,螺旋锥齿轮动力学分析中多用正弦或余弦级数对轮齿刚度曲线进行近似处理,进而影响动力学分析计算的精度。基于螺旋锥齿轮加载接触有限元分析原理,研究螺旋锥齿轮啮合刚度计算方法,给出使用有限元软件计算螺旋锥齿轮刚度的关键技术及前处理方法,应用有限元分析软件ABAQUS构建一对五齿螺旋锥齿轮模型并计算出法向接触力和综合弹性变形量,得到单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度,分析不同载荷对刚度曲线的影响,结果表明载荷的变化会对刚度曲线的幅值和周期产生较大的影响,在计算刚度曲线时需考虑载荷对重合度以及接触位置的影响,通过计算直齿轮刚度并和已有文献作对比验证了该方法的正确性,研究工作为螺旋锥齿轮动力学分析提供了基础条件。

摘要：基于CAD/CAE工具与方法,提出一种基于有限元软件定量计算修形齿轮啮合刚度、重合度等性能参数的计算方法,通过数值计算结果阐明修形齿轮修形量与啮合刚度等等定量关联规律。基于有限元准静态分析和齿轮啮合刚度计算原理给出修形齿轮啮合刚度计算公式,解决修形齿轮动力学研究中的刚度计算问题,给出微米级齿轮修形参数对轮齿啮合刚度的影响规律。研究结果表明:利用该计算方法所得结果与FE软件计算结果相吻合,为科学、合理地选择与评价齿轮修形参数提供一种解决方法,为高性能齿轮设计提供参考。

摘要：为了准确地计算考虑轴向窜动的人字齿轮时变啮合刚度,建立考虑轴向窜动的人字齿轮轮齿承载接触分析模型,在此基础上推导考虑安装误差的人字齿轮轮齿综合啮合刚度,分析不同载荷下的啮合刚度变化特性;采用遗传算法对人字齿轮齿面展开以轮齿啮合刚度波动幅值为目标的齿面三维修形优化设计。以某单级人字齿轮副为对象的实例计算表明,考虑轴向窜动的人字齿轮副啮合刚度随着外载的增加而增加,且增长幅度随着载荷增加而减缓,最后刚度均值及其波形幅值均趋于稳态。搭建人字齿轮封闭功率流式试验台,给出利用高精度圆光栅对人字齿轮啮合刚度的测量方法,结果表明,理论计算与试验测量的人字齿轮啮合刚度随啮合周期变化波形基本保持一致,在给定负载下,最大偏差小于8.8%,且修形前后啮合刚度波动幅值变化趋势亦保持一致。

摘要：以含有太阳轮减重孔、齿圈固定孔、柔性系杆的行星轮系为研究对象,基于ANSYS软件,建立了考虑实际结构的修形行星轮系有限元模型.基于该模型,研究了齿顶修形以及减重孔、齿圈轮缘厚度、柔性系杆等齿轮结构对行星轮系时变啮合刚度的影响.研究结果表明:齿顶修形改变了啮合刚度曲线的形状和数值大小;减重孔增大将导致啮合刚度减小而齿圈支持率变大使啮合刚度增加;同时,系杆越柔,行星轮系啮合刚度波动越小.研究结果可为实际生产中考虑修形的行星轮系设计提供理论依据.

摘要：时变啮合刚度是齿轮传动系统主要动态激励源之一,研究齿面偏差和齿间滑动摩擦对齿轮啮合刚度的影响,对准确获得齿轮系统动态特性具有重要意义。基于改进的能量法,提出了一个考虑齿面滑动摩擦的直齿轮啮合刚度的完整求解模型。根据加工刀具齿廓参数方程能够求得齿轮渐开线齿廓和过渡曲线的参数方程,并能体现刀具圆角半径对过渡曲线的影响。量化磨损或修形齿轮的齿面偏差并加之于齿廓参数方程,可得出该齿轮单齿对啮合刚度。通过齿形误差带来的齿间间隙和齿间加载变形量之间的协调关系,可求解出齿轮副在双齿啮合区的总刚度。分析了加工刀具圆角半径和齿间滑动摩擦力对齿轮啮合刚度的影响。研究了磨损齿轮的磨损量、修形齿轮的修形长度和外载荷大小对齿轮啮合刚度、齿间载荷分配系数以及传递误差的影响。结果表明:加工刀具圆角半径越大单齿对啮合刚度越高;摩擦力使啮入阶段齿对啮合刚度增大、啮出阶段齿对啮合刚度减小,摩擦系数越大刚度变化量越大;齿面非均匀磨损量会显著降低双齿啮合区刚度并降低重合度,轻载条件下尤为严重;修形齿轮载荷大于修形设计载荷值时,修形效果不明显,而载荷小于修形设计载荷值时,可能出现刚度不足、重合度减小和加载传动误差显著增大等问题。

摘要：针对大型风力发电机组齿轮传动链动态刚度引起的机组结构振动问题,综合轮齿弯曲变形、齿根过度圆角处的基体变形和接触变形等因素,建立齿轮时变啮合刚度的量化分析模型,并与有限元动态啮合模型对比验证理论模型的正确性。在此基础上考虑齿轮时变啮合刚度和轴扭转刚度推导1.5 MW风力机传动链的动态总刚度,用于分析传动链在动态刚度下固有特性变化规律及传动链临界转速对动态刚度参数的敏感性,量化显示动态刚度幅值变化引起的临界转速波动。研究表明,齿轮时变啮合刚度的波动会引起传动链临界转速的不稳定,增大时变刚度幅值会引起转子系统临界转速的升高,但总体上啮合刚度波动对临界转速的影响处于非敏感区。本研究对揭示风力机齿轮传动链的内部刚度激励机理和实现系统动态性能优化设计提供理论依据。

摘要：为减小机车齿轮传动质量,保证高速运行稳定性,根据分析力学方法和应变能原理给出一种辐板式直齿圆柱齿轮传动的啮合刚度计算方法。通过对不同辐板和轮缘厚度、辐板孔径和孔数齿轮啮合刚度的分析,找出辐板结构对啮合刚度的影响规律;同时在保证机车齿轮强度条件下,以辐板结构参数为设计变量,利用多目标遗传算法对大齿轮质量和啮合刚度波动因子进行了最小化,并对优化前后机车齿轮传动的动力学性能进行分析。结果表明:本文方法能够准确计算机车辐板式齿轮传动的啮合刚度及其波动规律,改变辐板式齿轮基体参数会导致啮合刚度变化;优化的齿轮减小了系统惯性力,有效缩减了高速传动中的动态啮合误差,避免了高速传动中的次谐波振动。