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      齒輪傳動振動分析與動態性能優化設計研究

      時間:2017-10-19 9:12:00   來源:本網   添加人:admin

        究。

        2齒輪傳動系統振動特性的研究齒輪傳動系統振動的主要激勵為隨時間變化的嚙合剛度、齒輪誤差和不穩定載荷,它是一個參數自激振動系統,齒輪傳動的振動包括徑向、周向和軸向的振動,己有實驗和理論研究表明:在圓柱齒輪傳動系統中,齒輪徑向振動和軸向振動是由周向振動的激振而產生的。系統運動方程式一般可描述為:微角位移;M為齒輪副的當量質量,M=MiM2/(M+M2):MiM2分別為主動輪與被動輪的當量質量,Mi=i‘i2分別為兩齒輪的傳動慣量;rbirb2為兩齒輪的基圓半徑;C為阻尼系數;K(t,x)為輪齒嚙合剛度,是時間的周期函數,K(t,x)=Ek;W為齒面法向靜載荷,W=Ki/bi;Ki為主動輪傳遞的扭矩;F(t,x)為由誤差和修形而產生的強迫外力,F(t,x)=EK/e/;為同時嚙合的齒對數,K為第對齒的嚙合剛度,e/為第對齒的綜合誤差「從,各薄片的變形是獨立的建立在這種模型下的斜齒輪載荷分布計算,忽略了各片之間的相互影響,進一步的研究是將斜齒簡化成一剛性或彈性夾持的懸臂板由于懸臂板幾何形狀與輪齒相差較大,因此所得結論很少被用來研究載荷分布,大多以此研究由載荷引起的變形及齒根彎矩Monch和Roy用凍結法對環氧樹脂齒輪的載何分布做了光彈性實驗。Conry和Seireg用線性規劃技術計算了斜齒輪接觸線上的載荷分布,其輪齒變形被分成彎曲變形,接觸變形、支承變形等,用材料力學和赫茲變形公式計算各變形分量。Mathis和Simon用三維有限元研究了斜齒輪的載荷分布和變形。Nicmann和Bathge及Nicmann和Winter是將接觸線的總長度變化用來估計齒輪的剛度波動著名齒輪動力學專家、日本東京工業大學Umezawa用齒輪的有限差分模型對斜齒輪沿接觸線的載荷分布等作了理論分析后,對一對有限齒寬齒輪的載荷分布和嚙合剛度特性進行了一系列的研究,并根據齒輪端面重合度X和軸面重合度X的大小判斷齒輪嚙合剛度波動的幅值(即計算振動幅)大小。由于Umezawa是通過一等效懸臂梁的有限差分模型總結出的斜齒變形公式,因而他的研究尚無法考慮齒輪結構尺寸的影響在求解,而且必須綜合研究齒輪幾何參數與結構參數對齒輪傳動振動的相互影響此外,在確定了作用在齒輪上的動載歷程后,建立準確預測齒輪結構動應力和高速齒輪結構離心應力和分析模型,對于保證齒輪裝置可靠地工作也具有很重要的意義。以往齒輪結構動應力計算大多采用的是整體齒輪結構分析,由于受計算機內存限制,齒輪結構的三維有限元模型是將輪齒部分去掉這樣的計算模型無法同時獲得齒根、輪緣和輪輻等齒輪結構各部位的動應力響應由于圓柱齒輪和圓錐齒輪是典型的循環對稱者正致力于將求解循環對稱結構固有振動特性和動態響應的各種理論方法應用于齒輪傳動中。Ramamurti運用有限元和循環對稱性,通過建立含一個齒的子結構模型研究了直齒輪的靜應力和動應力尹澤勇等用三維有限元和循環對稱條件研究了某航空齒輪系的靜態接觸應力和離心應力用齒輪在引入循環對稱條件后的理論模型來詳細研究齒輪結構的離心應力、固有振動特性、動態響應及動應力是今后齒輪動態特性分析的有效途徑對于像汽車變速系統和機床主軸傳動系統等高速輕載,但頻繁啟動、停止的齒輪傳動系統,人們近年來己開始研究其齒側間隙引起的間隙非線性動力學問題Cai和Hayashi建立了直齒輪傳動非線性振動的近似線性方程非線性動力學研究的興起,將使齒輪裝置的動力學仿真更加逼近于齒輪實際狀態。

        齒輪裝置及結構各種阻尼減振降噪技術、動力修改和動態靈敏度方法的研究齒輪修形技術,包括齒輪裝置熱彈性變形的三維修形技術的研究妒滕系統的狀態監1故斷與失效預報的研究,這對航空、冶美船舶等關鍵齒輪有重要的意義4齒輪傳動動態性能優化設計一直到九十年代初期,齒輪傳動的優化設計,基本上都是靜態優化設計,因其優化設計的目標函數和約束函數皆是靜態性能指標,即沒有考慮齒輪工作時產生的振動特性,隨著科學技術的日益進步和機械傳動的高速發展,人們對齒輪傳動的動態性能要求越來越高,要求設計出的齒輪傳動系統,其振動和噪聲較小,即動態特性較妊目前對齒輪傳動的靜態性能優化設計研究得較多,比較成熟,而對動態性能優化設計,則研究得不多,還處于初級階段齒輪傳動的動態性能優化設計,大致可分為考慮瞬時約束動態響應的優化設計和擬動態性能的優化設計(簡稱動態性能優化設計)后者與前者的不同點在于,約束函數不是瞬時動態響應約束函數,而是在一個嚙合周期內的動態性能指標的最大值或累積值。由于國內外目前對瞬時約束動態響應的優化設計的研究很不成熟,而且實用上還有困難,故目前主要針對動態性能優化設計進行研究實際工程上的齒輪傳動動態性能優化設計常采用的方法有數學規劃法準則法結構攝動法、逆攝動法、基于靈敏度分析的梯度投影法等方法。

        由于遺傳算法的出現,人們開始嘗試用這種無需靈敏度分析的隨機全局優化算法,進行機械系統動態優化設計。這方面的工作己有報道,但用遺傳算法進行齒輪傳動動態性能優化設計還不多,筆者將在另外的論文中對此進行論述5結束語從以上探討可以看出,對齒輪傳動振動的分析研究,以及動態性能的優化設計研究,己經越來越受到人們的重視對機械產品的設計,應該更重視其動態性能而非傳統的靜態性能,只有這樣,設計出來的齒輪傳動裝置才更接近其實際工作狀態,可靠性更高。

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