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1、考慮溫度因素的單級直齒圓柱齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性研究齒輪系統(tǒng)是機械裝備中應(yīng)用廣泛的傳動裝置之一, 它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。 齒輪系統(tǒng)的振動對其所在機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和疲勞壽命有重要的影響。研究齒輪振動產(chǎn)生的機理和影響齒輪振動的力學(xué)因素, 對于機械設(shè)備的減振降噪 , 提高機械設(shè)備的使用壽命和可靠性具有重要的科學(xué)意義和工程價值。本文以某車輛系統(tǒng)中使用的單級直齒圓柱齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象, 綜合考慮齒輪嚙合時的齒側(cè)間隙、時變剛度、綜合傳遞誤差和齒面摩擦等因素, 由簡單到復(fù)雜 ,對單自由度齒輪扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)、齒輪- 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、考慮支承的三自由度齒輪系統(tǒng)和齒輪 - 轉(zhuǎn)子 - 軸承等四種
2、系統(tǒng) , 分別建立不考慮溫度因素和考慮溫度因素兩種情況下的非線性動力學(xué)模型, 研究系統(tǒng)動態(tài)特性。主要研究內(nèi)容如下 :1. 根據(jù)齒輪系統(tǒng)的特點 , 提出了一種改進的胞映射法。 該算法根據(jù)胞映射法將所要研究的連續(xù)狀態(tài)空間劃分為離散的胞空間, 采用簡單胞映射法建立胞與胞之間的映射關(guān)系, 實現(xiàn)對胞的初步分組 ; 用逃逸時間算法 , 檢驗陷胞的真?zhèn)?, 并對陷胞的周期性重新分組; 通過點映射方法檢驗周期胞的真?zhèn)?。該改進胞映射法通過祛除陷胞影響數(shù)值計算過程, 從而得到任意范圍內(nèi)所考察系統(tǒng)的精確吸引域 , 提高程序的計算精度 , 對于非光滑系統(tǒng)可以避免系統(tǒng)在切換時出現(xiàn)偽解和胞流擴張。 2. 建立綜合考慮時變
3、嚙合剛度、齒面摩擦、齒側(cè)間隙和綜合傳遞誤差等因素的單自由度齒輪系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)模型。通過計算系統(tǒng)最大幅值波動云圖、考察參數(shù)條件下的系統(tǒng)位移時間映像圖,分析該單自由度齒輪系統(tǒng)在參數(shù)平面內(nèi)的動態(tài)特性。結(jié)合系統(tǒng)單初值分岔圖、 多初值分岔圖和最大Lyapunov 指數(shù)譜 , 利用改進的胞映射法分析不同參數(shù)對該系統(tǒng)的全局和局部動力學(xué)特性的影響。3. 基于 Blok 閃溫理論 , 推導(dǎo)出齒面接觸溫度隨時間變化的表達式 , 計算主、從動齒輪的齒面閃溫 , 計算由齒面接觸溫度變化導(dǎo)致的齒廓變形 ; 根據(jù) Hertz 接觸理論 , 推導(dǎo)出嚙合剛度隨齒面接觸溫度變化的表達式。 構(gòu)建溫度剛度 , 以便將溫度的影
4、響引入齒輪系統(tǒng)動力學(xué)模型。4. 建立綜合考慮齒面接觸溫度、 時變嚙合剛度、 齒面摩擦、 齒側(cè)間隙和綜合傳遞誤差等因素的單自由度直齒圓柱齒輪系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型。 通過計算不同參數(shù)關(guān)聯(lián)下的齒面最大閃現(xiàn)溫度云圖和齒面閃溫隨嚙合點變化趨勢圖 , 分析齒面接觸溫度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。結(jié)合系統(tǒng)單初值分岔圖、多初值分岔圖、相圖和Poincar 映射圖, 利用改進的胞映射法分析不同參數(shù)對考慮溫度因素的單自由度齒輪系統(tǒng)局部和全局動力學(xué)特性的影響。對比分析溫度因素對單自由度齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)特性的影響。5. 將連接在齒輪輸入輸出軸上的電機等其他部件抽象為與齒輪軸連接的轉(zhuǎn)子 , 建立齒輪 - 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)
5、模型 , 計算系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù) , 分析嚙合頻率、時變剛度和綜合傳遞誤差等因素對系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性的影響。 將溫度剛度引入該系統(tǒng) , 建立考慮溫度影響的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型 , 分析系統(tǒng)分岔、混沌運動及其動態(tài)特性。6. 考慮主從動軸上軸承對齒輪的作用力及其位移 , 建立三自由度單級齒輪系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動模型 , 借助分岔圖、最大 Lyapunov 指數(shù)譜、 Poincar 映射圖和 FFT頻譜圖等 , 分析系統(tǒng)的動力學(xué)特性。 將溫度剛度引入該系統(tǒng) , 考察系統(tǒng)的動態(tài)特性 ,分析系統(tǒng)的動力學(xué)行為。7. 建立齒輪 - 轉(zhuǎn)子 - 軸承耦合系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型, 分析系統(tǒng)的分岔與混沌、吸引子共存和動態(tài)特性。
6、 建立考慮溫度因素的齒輪- 轉(zhuǎn)子 - 軸承耦合系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型 , 分析系統(tǒng)的分岔與混沌、齒面閃溫變化及其動態(tài)特性。對比分析溫度對該系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在Hopf 分岔、擦切分岔等多種分岔形式。其中擦切運動包括齒面擦切和軸承接觸面擦切等多種形式, 這些擦邊運動有的僅改變系統(tǒng)的運動軌跡而不會引起系統(tǒng)的運動形式的拓?fù)涓淖? 有的則會引起系統(tǒng)發(fā)生分岔 ; 該系統(tǒng)中存在大量的吸引子共存現(xiàn)象; 系統(tǒng)在誤差較大時的扭轉(zhuǎn)振幅值較大 , 而選擇合理的間隙能夠明顯減小系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振幅; 如果綜合傳遞誤差系數(shù)取值也較大 , 系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振幅將突然增加, 說明綜合傳遞誤差系數(shù)和時變剛度波動系數(shù)具有強烈的非線性耦合影響。研究發(fā)現(xiàn), 溫度因素是齒輪系統(tǒng)非線性動力學(xué)研究不可忽略的因素。齒面閃溫最低點位于節(jié)點附近; 主動輪從齒根部分嚙入和齒頂附近即將嚙出時 , 出現(xiàn)較高的齒面閃溫。隨著頻率和摩擦系數(shù)的增大, 齒面最大閃溫隨之增大 ,且在嚙入和嚙出時出現(xiàn)的齒面最大閃溫變化幅值也隨之增大; 本體溫度對系統(tǒng)最大振幅的影響較小 , 而頻率的變化會引起系統(tǒng)最大振幅的復(fù)雜變化。本文所建立的齒面閃溫計算方法能夠在一定程度上反映齒輪嚙合時的溫度變化和滑動情況 , 該方法在計算齒面溫度變化時其基本規(guī)律是正確的。本文的研究結(jié)果對齒輪系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及參數(shù)選擇具有一定的參考價值和理論意義。
考慮溫度因素的單級直齒圓柱齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性研究
