基于Stribeck模型考虑齿面摩擦的齿轮动力学特性研究

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齿轮传动系统是各类机械系统和机械装备的主要传动系统,其动态特性直接影响整个系统的性能和工作可靠性,因此研究齿轮系统的动力学特性对降低系统振动噪声,提升我国制造装备行业整体水平的都有积极地意义。本文以一啮合直齿为研究对象,利用非线性动力学的相关理论,分析考虑齿面摩擦、刚度激励、误差激励、齿侧间隙对系统动力学的影响。论文的研究内容如下:(1)介绍齿轮动力学的研究现状,分析齿面摩擦对动力学特性的影响,并介绍了啮合齿面摩擦因数不同的计算方法,分析出现的弊端,指出利用Stribeck摩擦模型计算齿面摩擦因数比较合理,本文的研究方向确定。(2)分析研究基于Stribeck模型的齿面摩擦因数的变化情况。由于Stribeck摩擦模型是摩擦因数相对于速度的函数,因此,首先分析啮合齿面间的相对滑动速度,然后得出齿面摩擦因数的变化情况。(3)根据啮合齿对交替变化的情况,建立双啮合时齿轮系统振动微分方程,利用变步长Runge-Kutta法并对其进行数值分析,得出阻尼比、激励频率、载荷、齿侧间隙对系统动力学的影响。(4)建立单啮合时齿轮系统振动微分方程并对其进行数值分析。为更加明显的分析Stribeck摩擦模型对齿轮动力学的影响的不同,引入Coulomb模型,分析阻尼比、激励频率、载荷、齿侧间隙对系统的影响,同时得到时变摩擦因数、固定摩擦因数、无摩擦因数对系统的影响。(5)利用ANSYS/LS-DYNA软件,分析啮合过程中的碰撞冲击问题,分析转速、摩擦因数、外载荷三参数对啮合齿轮动力学的影响,验证建模分析的准确性。本文研究表明:增大阻尼比,远离共振区域、增大载荷、减小齿侧间隙可以减小运动变化的幅值,减弱碰撞冲击,增加系统的动力学稳定性;在齿轮动力学分析中,齿面摩擦不可忽略,对减小系统运动幅值、增加系统稳定性有积极地影响;相比于Coulomb摩擦,基于Stribeck模型的时变齿面摩擦因数在系统阻尼比小、接近共振区域、载荷小、间隙大时,可增大系统运动幅值,增加系统的次谐波,降低系统的稳定性。
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