螺旋錐齒輪多體多自由度非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、螺旋錐齒輪工作平穩(wěn)、傳動(dòng)比大、傳遞動(dòng)力大、結(jié)構(gòu)緊湊,是各種機(jī)器和裝備中廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)裝置,是齒輪傳動(dòng)中最為復(fù)雜的一種。其中,包括有偏置距的準(zhǔn)雙曲面齒輪和無(wú)偏置距的弧齒錐齒輪。其傳動(dòng)效率高,傳動(dòng)比穩(wěn)定,圓弧重疊系數(shù)大,承載能力高,傳動(dòng)平穩(wěn)平順,工作可靠,結(jié)構(gòu)緊湊,節(jié)能省料,節(jié)省空間,耐磨損,壽命長(zhǎng),噪音小。隨著高速和精密機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)展,對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的要求在不斷提高,更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其動(dòng)力學(xué)特性就變得越來(lái)越重要。由于螺旋錐齒輪嚙合的復(fù)雜

2、性,如輪齒的時(shí)變剛度、嚙合時(shí)的嚙入嚙出沖擊、齒側(cè)間隙、摩擦阻力和制造及安裝誤差的存在,整個(gè)齒輪系統(tǒng)的振動(dòng)是軸、齒輪、軸承、箱體及原動(dòng)機(jī)等多種振動(dòng)耦合的綜合作用,并且具有一定的非線性特性,使對(duì)螺旋錐齒輪系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究變得十分復(fù)雜。在現(xiàn)階段,對(duì)齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究,尋找出其振動(dòng)計(jì)算的一般規(guī)律,具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文的主要目的就是建立有效的數(shù)學(xué)模型和分析技術(shù),描述螺旋錐齒輪的嚙合和動(dòng)力學(xué)特性,綜

3、合考慮各種非線性因素,預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng),以揭示螺旋錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的根本物理現(xiàn)象。本文進(jìn)行了如下研究工作:
　　 首先,通過(guò)利用專業(yè)螺旋錐齒輪有限元分析軟件對(duì)齒輪系統(tǒng)進(jìn)行三維造型建模和有限元建模分析。對(duì)螺旋錐齒輪Face-milled租Face-hobbed兩種不同的加工方法進(jìn)行了深入研究。針對(duì)兩種不同加工方法的加工特點(diǎn)建立螺旋錐齒輪小輪和大輪齒面方程,通過(guò)無(wú)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(dòng)力學(xué)方

4、程中的幾何量、力學(xué)量和物理量,為今后的動(dòng)力學(xué)分析打下基礎(chǔ)。建立基于三維準(zhǔn)靜態(tài)齒面加載接觸分析模型,求解不同載荷作用下傳動(dòng)誤差,接觸區(qū)域印跡,時(shí)變嚙合剛度,嚙合點(diǎn)位置和嚙合力作用線方向等嚙合特征參數(shù)。
　　 第二,建立螺旋錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)多體多自由度非線性動(dòng)力學(xué)分析模型。運(yùn)用現(xiàn)代的理論和分析方法,通過(guò)對(duì)螺旋錐齒輪嚙合模型和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)的分析,利用集中參數(shù)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(dòng)機(jī)和負(fù)載以及小輪和大輪

5、的多體多自由度非線性動(dòng)力學(xué)模型,該模型中考慮了系統(tǒng)的綜合嚙合誤差、時(shí)變嚙合剛度、摩擦力、陀螺效應(yīng)以及齒側(cè)間隙,得到其運(yùn)動(dòng)微分方程,運(yùn)用先進(jìn)的非線性算法及計(jì)算機(jī)軟件求解動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
　　 第三,研究了混合潤(rùn)滑條件下摩擦力和時(shí)變摩擦系數(shù)對(duì)螺旋錐齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。通過(guò)研究彈流潤(rùn)滑理論,區(qū)分了齒輪不同的潤(rùn)滑狀態(tài)。在混合潤(rùn)滑狀態(tài)下建立基于Mixed-EHL理論的時(shí)變摩擦系數(shù)模型,利用該模型求解在不同載荷和轉(zhuǎn)速條件下齒面嚙合區(qū)域每個(gè)網(wǎng)