为能更有效地分析滚动轴承支撑人字齿轮传动系统的振动传递特性,提出基于轮齿承载接触分析、同时考虑齿轮轴扭转变形及安装误差的人字齿轮左右轮齿啮合刚度计算方法,建立综合考虑时变啮合刚度、啮入冲击激励的人字齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。在提出的考虑轴承内部载荷分布的滚动轴承支撑系统载荷分配计算方法以及包含承载滚子、内外圈的滚动轴承动力学模型基础上,较完整地分析人字齿轮传动系统的齿对啮合振动经由齿轮轴分配到支撑滚动轴承,最后再由轴承内圈传递到外圈的传递过程。以某滚动轴承支撑人字齿轮传动系统为实例进行的仿真计算结果表明该振动传递计算方法较科学合理地计算出人字齿轮系统的动载荷传递过程,更精确地得到箱体轴承孔内壁的振动载荷,为下一步有效地分析人字齿轮箱体振动特性提供了保障。同时滚...

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿啮合刚度,建立了考虑时变啮合刚度激励、啮合冲击激励和齿侧间隙激励的人字齿轮系统十二自由度啮合型弯-扭-轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,研究了多载荷下人字齿轮左端啮合副周向的振动特性,结果表明,外载荷的增大使得啮合刚度激励和啮合冲击激励下系统的振动均增大,且啮合冲击激励对外载荷的敏感性高于啮合刚度激励,而齿侧间隙激励下系统的振动则随着外载荷增大而减小。同时,啮合冲击激励对系统振动的影响随着载荷增大而增大,而啮合刚度激励和齿侧间隙激励则随着载荷增大而减小。

弧齿锥齿轮分流传动系统适用于复杂的功率分流场合。分析了其应用于船舶传动中不同工况下的功率流向,以一种典型的工况为例,提出了弧齿锥齿轮分流传动系统几何接触的分析方法。在弧齿锥齿轮轮齿接触分析的基础上,通过综合考虑系统存在边缘接触和安装错位误差,系统各齿轮副的啮合情况,设计出了系统的齿面印痕和传动误差图,为优化系统的啮合性能和进一步分析系统各齿轮副的承载情况提供了理论依据。

针对复杂机械装配体优化过程中的隐性目标函数问题,提出了基于统计学理论的响应面优化设计方法,并以齿轮驱动涡扇发动机(GTF)减速器结构系统的优化设计为案例,详细阐述了该方法的主要思想与基本过程。使用Python语言在Abaqus平台上开发了该系统参数化的有限元分析(FEA)程序,以自动实现前、后处理及求解等全过程;采用两水平全因子正交试验设计方法对主要的结构参数进行析因设计,确定了参与优化的设计变量;采用优化的拉丁超立方抽样方法并调用参数化的FEA程序,求得了对应结构系统上的最大von Mises等效应力,并以该应力为目标函数建立了响应面优化模型。优化后的系统满足强度条件,且整体刚度较优化前提高了7.13%,最大von Mises等效应力和最大接触应力分别降低了12.15%和18.99%,有效提高了该结构系统的工作性能。将数值最优解反代入有限元模型中再次...

为了准确地计算考虑轴向窜动的人字齿轮时变啮合刚度,建立考虑轴向窜动的人字齿轮轮齿承载接触分析模型,在此基础上推导考虑安装误差的人字齿轮轮齿综合啮合刚度,分析不同载荷下的啮合刚度变化特性;采用遗传算法对人字齿轮齿面展开以轮齿啮合刚度波动幅值为目标的齿面三维修形优化设计。以某单级人字齿轮副为对象的实例计算表明,考虑轴向窜动的人字齿轮副啮合刚度随着外载的增加而增加,且增长幅度随着载荷增加而减缓,最后刚度均值及其波形幅值均趋于稳态。搭建人字齿轮封闭功率流式试验台,给出利用高精度圆光栅对人字齿轮啮合刚度的测量方法,结果表明,理论计算与试验测量的人字齿轮啮合刚度随啮合周期变化波形基本保持一致,在给定负载下,最大偏差小于8.8%,且修形前后啮合刚度波动幅值变化趋势亦保持一致。

对GTF减速器的传动轴进行了响应面设计并最终确定了其最优几何参数。首先,使用Python语言在Abaqus平台上开发了柔性轴有限元模型的参数化计算程序。该程序能够自动实现有限元分析的全过程,从而提高了计算效率。其次,采用优化的拉丁超立方抽样方法在设计空间内得到60个采样点,调用参数化程序求得了所有采样点对应的传动轴上最大Von Mises应力值,并以该应力为目标函数建立了响应面优化模型。最后,将最优解反代入有限元模型中再次求解,所得结果验证了该响应面模型的正确性。同理,给出了以刚度为目标函数的响应面模型及其最优解。两种响应面设计方案为工程应用提供了理论依据。

为了研究圆柱人字齿轮各内激励因素对齿面振动的影响,建立同时考虑时变啮合刚度激励、轮齿线外啮入冲击激励和齿侧间隙影响的圆柱人字齿轮耦合动力学模型;针对不同的载荷和输入转速工况,分别计算啮合刚度激励、啮入冲击力激励以及齿侧间隙对圆柱齿轮系统齿面相对振动的影响程度。实例仿真计算表明,人字齿轮各内激励因素中,啮合刚度激励对振动影响占主要成分;齿侧间隙影响则是低转矩下的影响高于大转矩下的影响,高转速下的影响高于低转速下的影响,即当低速重载下,齿侧间隙非线性因素对系统影响较小。总结的各激励成分对系统振动影响比例规律,能够为后续人字齿轮齿面减振降噪优化提供更合理的设计目标。