摆线锥齿轮非线性接触动力学特性研究

发布时间：2017-04-23 14:11

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【摘要】：摆线锥齿轮（Klingelnberg）是目前常用的螺旋锥齿轮之一，常工作在重载、冲击和变载荷等复杂工况下，因此齿面失效、振动和噪声便是随之产生的问题。加之其复杂的齿面结构和强非线性因素（时变啮合刚度、时变啮合阻尼、传递误差、间隙、摩擦），使摆线锥齿轮动力学问题尤为突出，因此其动力学特性便成为国内外的一大研究热点。 论文基于国家自然科学基金项目：重载摆线锥齿轮非稳态条件下损伤机理研究与辨识（项目编号：51075006）的资助，，针对摆线锥齿轮耦合振动特性以及考虑有无摩擦时的动力学行为进行研究，主要内容如下： （1）基于摆线锥齿轮振动机理，采用集中参数法建立摆线锥齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合振动模型，并介绍齿轮振动中相关激励源：啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。 （2）应用Lagrange原理推导其振动平衡方程，对方程进行降阶、解耦和归一化，得到齿轮副动力学方程。针对啮合中的非线性因素，如时变啮合阻尼、时变啮合刚度和间隙，提取其数学模型，为动力学方程求解和响应特性分析打下基础。 （3）采用Runge-Kutta法求解动力学方程，基于啮合点法向位移与间隙之间不同的表达关系，依次分析常数阻尼、谐波阻尼、谐波刚度、激励频率和外载荷在-1X1、X≤-1和X≥1三种情况下对齿轮副啮合动力学特性的影响规律，并绘制相应的振动特性曲线。 （4）针对轮齿啮合中存在的齿面摩擦，对摆线锥齿轮副进行齿面摩擦矢量分析，采用Coulomp摩擦模型求解啮合齿面法向摩擦力。基于前述理论，建立齿轮副含摩擦的数学模型，并对所推导动力学方程进行求解。针对方程中的时变项：摩擦因子、常数阻尼、谐波阻尼、谐波刚度、外载荷、传递误差及激励频率分别作相应分析，给出振动特性曲线，并在此基础上对比分析有无摩擦时上述时变项对齿轮副振动特性的影响规律。
【关键词】：摆线锥齿轮 非线性动力学 啮合刚度 啮合阻尼 间隙 摩擦
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景和研究意义9-10
• 1.1.1 课题的研究背景9-10
• 1.1.2 课题的研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 齿轮接触动力学10-11
• 1.2.2 齿轮非线性动力学11-13
• 1.2.3 齿轮摩擦动力学13-14
• 1.3 课题来源与主要研究内容14-17
• 1.3.1 课题来源14
• 1.3.2 主要研究内容14-17
• 第2章 摆线锥齿轮振动分析17-25
• 2.1 引言17-18
• 2.2 摆线锥齿轮耦合振动模型18-23
• 2.2.1 齿轮副振动分析模型18-20
• 2.2.2 等效质量、等效刚度和等效阻尼20
• 2.2.3 横向弯曲振动20-21
• 2.2.4 轴向振动21
• 2.2.5 扭转振动21-22
• 2.2.6 扭摆振动22-23
• 2.3 轮齿啮合刚度23
• 2.4 齿轮系统激励类型和性质23-24
• 2.4.1 齿轮系统内部激励24
• 2.4.2 齿轮系统外部激励24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 摆线锥齿轮动力学模型25-31
• 3.1 引言25
• 3.2 单自由度摆线锥齿轮副啮合模型25-27
• 3.2.1 数学模型25-26
• 3.2.2 间隙模型26-27
• 3.3 齿轮副运动微分方程27-30
• 3.3.1 分析27-28
• 3.3.2 时变啮合刚度28-29
• 3.3.3 时变啮合阻尼29
• 3.3.4 微分方程归一化29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 动力学方程求解及其响应特性分析31-49
• 4.1 引言31
• 4.2 系统模型求解31-35
• 4.2.1 Runge-Kutta 法31-33
• 4.2.2 等价线性化法33-35
• 4.3 参数激励响应特性分析35-47
• 4.3.1 -136-38
• 4.3.2 X≤-1 情况38-42
• 4.3.3 X≥1 情况42-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第5章 考虑摩擦的摆线锥齿轮动力学模型49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 啮合齿面摩擦力分析49-51
• 5.3 数学模型51-52
• 5.4 系统运动微分方程52-54
• 5.5 参数激励响应分析54-61
• 5.5.1 摩擦因子μ的影响54-56
• 5.5.2 常数阻尼ξ的影响56
• 5.5.3 谐波阻尼α的影响56-57
• 5.5.4 谐波刚度ρ的影响57-58
• 5.5.5 外载荷 F 的影响58
• 5.5.6 传递误差γ的影响58-59
• 5.5.7 激励频率ω的影响59-61
• 5.6 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文69-71
• 致谢71

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本文编号：322526