点蚀故障下斜齿轮啮合刚度计算及动力学特性分析

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斜齿轮传动具有平稳性好、传动效率高、噪音小等优点,因此广泛应用于机械传动系统中。齿轮传动长期服役在高速、重载工况下,周期性疲劳、冲击易导致齿轮表面损伤,如齿面点蚀、剥落等。齿轮表面损伤将降低齿轮的啮合刚度进而影响齿轮的传动精度和平稳性。目前对于斜齿轮时变啮合刚度的理论计算方法较少,且存在计算模型极度简化、计算结果不精准、多齿啮合下基体刚度重复计算、赫兹接触刚度计算未考虑时变载荷因素、仿真分析忽略连接轴对齿轮副的传动刚度的影响等问题。研究点蚀工况下斜齿轮的时变啮合刚度及其计算方法对于齿轮故障工况下振动机理及故障特征分析至关重要。此外,现有斜齿轮动力学模型简化程度大,未综合考虑弹性流体动力润滑对的斜齿轮动力学影响、齿轮箱箱体耦合效应对传动系统振动特性的影响;且对于不规则形状以及曲面点蚀工况下的斜齿轮振动机理还未有深入分析和探讨。针对以上问题,论文的研究内容如下:(1)提出斜齿轮时变啮合刚度计算方法。研究不同重合度情况下斜齿轮啮合线长度的理论计算方法;基于斜齿轮啮合原理构建单片齿轮的齿廓曲线方程,引入考虑接触力工况的赫兹非线性接触刚度计算方法;结合有限元计算探索多齿啮合工况下基体刚度修正方法,研究不同斜齿轮几何参数对轮啮合刚度的影响。采用有限元软件对提出的理论方法进行验证。(2)研究不规则形状以及曲面点蚀工况下的斜齿轮啮合刚度精确计算方法。分析不规则点蚀形状几何建模方法,建立不同情况下的点蚀模型,研究不同点蚀形状和程度对齿轮啮合刚度的影响。(3)探索齿轮轴的复合传动刚度计算方法并设计实验平台进行实验验证。探索带轴齿轮啮合的刚度分解模型并推导其理论计算方法;设计并制造带轴齿轮啮合刚度实验测试平台,计算并验证提出的带轴齿轮啮合复合传动刚度计算方法。(4)研究点蚀工况下斜齿轮传动系统的振动机理和振动特征。建立考虑弹性流体动力润滑、齿轮啮合摩擦力以及齿轮箱耦合振动的斜齿轮传动系统精细化动力学模型;研究不同点蚀工况下斜齿轮传动系统振动信号时域和频域关键特征及演化规律。
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