【摘 要】
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齿轮传动系统具有传动平稳、承载能力强、传动比准确等优点,广泛应用于海洋船舶、航空航天、风力发电、工程机械等领域。并车齿轮系统因其传动级数少、功率损失小、低噪声和高可靠性,常被作为舰船联合动力传动部件,存在高承载、偏载冲击、离合器轴向瞬态冲击等复杂激励,且齿轮啮合耦合与动力耦合效应并存,将不可避免地诱发齿轮故障,加速齿轮失效。断齿作为重载传动常见失效形式,易引发安全事故,带来严重的经济损失甚至产生恶
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“并车汇流齿轮系统非稳态激励诱发机理及减振降噪协同优化研究（项目编号:52005066）”；
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齿轮传动系统具有传动平稳、承载能力强、传动比准确等优点,广泛应用于海洋船舶、航空航天、风力发电、工程机械等领域。并车齿轮系统因其传动级数少、功率损失小、低噪声和高可靠性,常被作为舰船联合动力传动部件,存在高承载、偏载冲击、离合器轴向瞬态冲击等复杂激励,且齿轮啮合耦合与动力耦合效应并存,将不可避免地诱发齿轮故障,加速齿轮失效。断齿作为重载传动常见失效形式,易引发安全事故,带来严重的经济损失甚至产生恶劣的社会影响。因此,开展断齿故障下齿轮系统动态特性研究对齿轮系统安全可靠有着重要的理论意义和工程应用价值。本文以船用并车齿轮系统为研究对象,针对齿轮系统的断齿故障,提出任意断齿故障形式下齿轮时变啮合刚度计算方法,基于求解得到的不同断齿故障下啮合刚度变化规律,建立并车齿轮系统多自由度弯-扭-轴耦合动力学模型,研究断齿故障下并车齿轮系统动态特性。主要研究内容如下:（1）改进船用斜齿轮副接触线长度计算方法,求解斜齿轮副时变接触线长度再结合ISO刚度计算准则提出船用斜齿轮副时变啮合刚度的新方法,而后采用控制变量法研究齿轮几何参数对时变啮合刚度的影响规律;（2）建立船用斜齿轮副断齿故障模型,推导任意断齿故障形式下斜齿轮副接触线长度解析式与时变啮合刚度解析式;研究平行与不平行于接触线方向的断齿形式下,不同断齿长度、断齿角度参数对时变啮合刚度的影响规律;（3）综合考虑船用斜齿轮副啮合刚度、啮合阻尼、轴承支撑刚度与阻尼、传动误差、齿侧间隙等因素,建立船用并车齿轮传动系统弯-扭-轴耦合集中质量动力学模型;基于自适应变步长Runge-Kutta法求解齿轮系统动力学微分方程,研究正常状态和断齿故障下齿轮系统动态响应特征;进而研究不同断齿故障形式与大小对齿轮系统动态响应特征影响规律;（4）对船用齿轮系统动力学微分方程组进行无量纲处理,求解断齿故障状态与正常状态下的齿轮系统时间历程图、相图、Poincaré截面图与FFT频谱图,比较研究不同断齿程度、不同转速对船用齿轮系统分岔特性的影响规律,判别断齿故障对系统稳定性的影响。
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