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变速器齿轮传动刚柔耦合建模与疲劳寿命预测
随着机械制造业的发展，变速器齿轮传动系统已经成为机械传动中的重要组成部分。
然而，由于工作负荷、工况变化等因素的存在，变速器齿轮传动系统往往受到高强度、高载荷、高速度等多种不良影响，这会严重影响齿轮传动的寿命。
为了准确预测变速器齿轮传动系统的寿命，应该建立一个能够反映刚柔耦合特性的建模方法。
其中，刚性体为主体的刚刚耦合传动一般采用动力学建模进行寿命预测，而柔性体更加复杂的变速器齿轮传动则需要采用多学科综合的计算方法。
变速器齿轮传动刚柔耦合建模可以采用有限元模型、多体动力学模型、刚柔有限元模型等多种方法。
其中有限元模型以其高度灵活的建模特性被广泛应用于变速器齿轮传动系统的疲劳寿命预测中。
具体而言，利用有限元软件建立相应的变速器齿轮模型，再建立齿轮调整装置、齿轮模拟加载装置的模型，在此基础上进行模拟分析。
在变速器齿轮传动疲劳寿命预测中，应该综合考虑齿轮的材料、齿形、齿数、传动配对、载荷和工况等因素。
通过选择合适的疲劳寿命评估方法，可以在更长期的使用中得到满足可靠性、安全性、经济可行性等多方面需求的齿轮传动系统。
综上所述，建立变速器齿轮传动刚柔耦合建模并进行疲劳寿命预测，可以极大地提高变速器齿轮传动系统的可靠性和寿命，进一步推动我国工业制造的技术和产
品水平的提高。
齿面摩擦对面齿轮传动系统振动特性的影响分析李晓贞;朱如鹏;李政民卿;靳广虎【期刊名称】《振动工程学报》【年(卷),期】2014(027)004【摘要】为研究齿面摩擦力对正交面齿轮传动系统动态特性的影响,基于集中参数理论,建立了考虑齿面摩擦、齿侧间隙、传动误差、时变啮合刚度、啮合阻尼、支撑刚度和阻尼等参数的正交面齿轮多自由度耦合振动模型,采用龙格库塔数值积分法对系统的动力学方程求解,得到随摩擦系统变换的系统动态响应分岔特性.结果表明,随齿面摩擦系数的变化,面齿轮传动系统的动力学特性有周期响应和混沌响应,动态特性比较复杂.【总页数】6页(P583-588)【作者】李晓贞;朱如鹏;李政民卿;靳广虎【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏南京 210016;南京航空航天大学机电学院,江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TH132.4;O322【相关文献】1.齿面摩擦激励对面齿轮传动系统r振动特性的影响 [J], 冯仕伟;何国旗;王其雷;孙能;邓澍杰2.辐板刚度、阻尼及齿面摩擦对齿轮振动特性的影响 [J], 古成中;吴新跃;张文群3.支承刚度对弧齿锥齿轮传动系统的振动特性影响分析 [J], 张英利;任平珍4.负载与支承刚度对面齿轮传动系统动态特性的影响分析 [J], 杨振;王三民;刘海霞;范叶森5.干摩擦对行星齿轮传动系统分岔特性的影响分析 [J], 王靖岳;刘宁;王浩天因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
刚柔耦合动态特性探究报告摘要：本探究旨在探究刚柔耦合系统在动态环境下的特性，并分析其应用前景。
刚柔耦合是指刚性和柔性元素互相毗连组成的系统，其动态特性较为复杂。
本探究通过对刚柔耦合动态特性的探究，为系统设计和工程应用提供参考。
关键词：刚柔耦合，动态特性，系统设计，工程应用一、引言刚柔耦合是指刚性和柔性元素互相毗连组成的系统，在机械工程和控制系统中有广泛的应用。
刚性元素通常具有较高的刚度和强度，能够保证系统的稳定性和刚性要求；而柔性元素则具有较好的适应性和挠度，能够提供良好的减震和承载能力。
刚柔耦合系统的动态特性较为复杂，探究此类特性对于系统设计和工程应用有着重要的意义。
二、刚柔耦合系统的动态特性分析刚柔耦合系统的动态特性主要涉及震动特性、动力学特性和控制特性三个方面。
1. 震动特性震动特性是刚柔耦合系统最重要的特性之一，涉及系统的频率响应和震动幅值等方面。
由于刚性和柔性元素的耦合作用，系统的震动特性既受刚性元素影响，也受柔性元素影响。
探究发现，柔性元素的引入能够降低系统的共振频率，提高系统的震动抑止能力。
2. 动力学特性动力学特性是刚柔耦合系统的重要性能指标，主要包括系统的惯性、阻尼和刚度等方面。
通过探究刚柔耦合系统的动态特性，可以精确计算系统的运动响应和负载传递等参数，为系统设计和优化提供依据。
3. 控制特性刚柔耦合系统的控制特性是指系统稳定性和控制性能等方面。
由于系统的动态特性复杂，控制系统设计和参数选择相对困难。
探究者通过优化控制策略和参数调整，提高了刚柔耦合系统的控制性能和稳定性。
三、刚柔耦合系统的应用前景刚柔耦合系统具有较好的适应性和承载能力，因此在机械工程、机器人技术、航空航天等领域具有宽广的应用前景。
1. 机械工程领域刚柔耦合系统可以提供更好的减震和承载能力，因此在机械工程中的应用较为广泛。
例如，通过在机器床结构中加入柔性元素，可以有效减小机床的震动和共振问题。
2. 机器人技术领域刚柔耦合技术在机器人技术领域有着巨大的应用潜力。
考虑可变刚度的CST齿轮传动刚柔耦合动力学研究齿轮传动是机械传动中常见的一种，具有传递大扭矩、高效率等优点。
而CST齿轮传动则是一种可变刚度齿轮传动，其在一定范围内可以自适应地改变刚度，具有适应性强等优势。
CST齿轮传动的刚柔耦合动力学研究，旨在探究其在动态工作条件下的各种状态和性能表现。
首先，要建立CST齿轮传动的动力学模型，并考虑齿轮轴承、弹簧、减震器等因素的影响。
其次，对这一模型进行仿真分析，对比分析不同刚度下的转矩-转速特性，以及不同转速下的动力学响应。
最后，进行实验验证，对比模拟结果与实验结果，对模型的准确性进行验证。
在建立模型时，需要考虑刚度的变化。
CST齿轮传动刚度的变化可以通过减小或增加传动元件之间的间隙实现。
因此，要建立一个能够反映这种刚度变化的模型，并考虑齿轮传动的非线性因素。
同时，还需要考虑传动元件之间的相对位移和相对速度等因素，以获取更准确的结果。
在这个模型基础上，进行仿真分析，可以得到传动的转矩-转速性能图和动力学响应曲线。
在转矩-转速特性分析方面，需要比较不同刚度下的性能。
通过改变间隙，可以改变CST齿轮传动的刚度，进而影响其转矩-转速特性。
当传动元件之间的间隙小于一定值时，可达到相对较高的刚度，以传递更大的扭矩；而当间隙增加时，刚度降低，相应地传递的扭矩也会变小。
通过仿真分析，可以得到不同刚度下的传动效率和输出扭矩等性能参数，以评价CST齿轮传动的性能表现。
在动力学响应分析方面，需要考虑不同工况下的动态响应。
跟据不同的工况，进行不同转速下的仿真分析，观察CST齿轮传动的响应特性。
动力学响应表现出齿轮传动的振动幅值、相对速度、位移等动态特性。
通过仿真得到响应曲线，可以评估其动态性能。
最后，进行实验验证。
实验对比仿真结果，对模型的准确性进行验证。
实验中，需要准确测量传动的扭矩、转速、振动等数据，以获取实际的动力学响应曲线。
将实验数据与仿真结果进行对比分析，从而得到一个准确的CST齿轮传动刚柔耦合动力学模型。
第1篇一、实验背景齿轮作为机械传动系统中的重要组成部分，其性能直接影响着整个系统的效率和寿命。
为了提高齿轮设计的准确性和可靠性，本研究采用有限元分析（FEA）和刚柔耦合动力学仿真（Rigid-Flexibility Coupling）方法，对齿轮进行仿真耦合实验，以评估齿轮在实际工作条件下的力学行为和性能。
二、实验目的1. 建立齿轮的有限元模型，并进行网格划分。
2. 通过有限元分析，计算齿轮在静态载荷作用下的应力分布和变形情况。
3. 利用刚柔耦合动力学仿真，模拟齿轮在实际工作条件下的动态响应。
4. 分析齿轮的疲劳寿命和强度性能，为齿轮设计和优化提供理论依据。
三、实验方法1. 有限元模型建立与网格划分首先，根据齿轮的实际尺寸和材料属性，建立齿轮的几何模型。
然后，采用四面体网格对齿轮进行网格划分，确保网格质量满足仿真要求。
2. 静态载荷下的有限元分析在有限元分析中，将齿轮置于静态载荷作用下，通过求解非线性方程组，得到齿轮的应力分布和变形情况。
主要关注齿轮的齿面接触应力、齿根应力、齿面磨损和齿面疲劳寿命。
3. 刚柔耦合动力学仿真为了模拟齿轮在实际工作条件下的动态响应，采用刚柔耦合动力学仿真方法。
将齿轮视为柔性体，同时考虑齿轮与轴承、轴等部件的相互作用。
通过施加转速和扭矩等激励，模拟齿轮在旋转过程中的动态响应。
4. 疲劳寿命和强度性能分析在仿真过程中，对齿轮的疲劳寿命和强度性能进行分析。
通过计算齿面接触应力、齿根应力等参数，评估齿轮的疲劳寿命和强度性能。
四、实验结果与分析1. 静态载荷下的应力分布和变形通过有限元分析，得到齿轮在静态载荷作用下的应力分布和变形情况。
结果表明，齿轮的齿面接触应力主要集中在齿根附近，齿根应力较大。
同时，齿轮的变形主要集中在齿面和齿根处。
2. 刚柔耦合动力学仿真结果通过刚柔耦合动力学仿真，模拟齿轮在实际工作条件下的动态响应。
结果表明，齿轮的齿面接触应力、齿根应力等参数在旋转过程中发生变化，但总体上满足设计要求。
振 动 与 冲 击第28卷第2期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCKVol .28No .22009 刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析基金项目:云南省应用基础研究基金资助项目(2006E021Q )云南省省院省校合作基金资助项目(2004YX12)云南省教育厅科技研究基金资助项目(5Y0553D )收稿日期:2008-02-13 修改稿收到日期:2008-05-23第一作者姚廷强男,博士生,1979年生通讯作者迟毅林男,教授,博士生导师,1953年生姚廷强,迟毅林,黄亚宇,谭 阳(昆明理工大学机电工程学院,昆明 650093) 摘 要:基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了刚柔耦合齿轮三维接触动力学模型和动力学分析新方法。
考虑轮齿与轮体间的相对柔性变形,啮合齿对间球-面三维动态接触和齿轮几何参数等因素,通过离散齿廓渐开线获得了齿面的离散接触面,从而建立了齿轮啮合传动动力学模型。
通过数值求解与仿真分析,研究了单侧齿面接触、双侧齿面接触和刚柔耦合特性对齿轮啮合传动特性的影响规律,获得了啮合轮齿全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。
研究表明:新方法和动力学模型更真实地模拟了齿轮啮合传动的齿轮柔性变形和接触冲击等振动响应特性。
该方法和数值计算结果为齿轮啮合传动和齿轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据。
关键词:齿轮系统动力学;接触动力学;刚柔耦合方法;多体动力学;振动分析中图分类号:TP302 文献标识码:A 齿轮传动在实际机械系统中得到了广泛地应用,在机械系统中研究齿轮传动的动力学建模方法将具有重要的工程价值。
由于齿轮啮合传动影响因素众多,如轮齿刚度,啮合刚度,齿侧间隙和几何参数等非线性因素,使得齿轮啮合传动的接触动力学建模具有一定的难度[1-4]。
有限元法被广泛应用于研究单齿对的啮合接触特性[5],但计算效率较低。
在齿轮传动系统中,通常将齿轮啮合接触参数简化为一定数量的弹簧阻尼器连接或齿轮运动副,具有很好的计算效率,但这不是真正意义上的齿轮接触传动,计算结果存在一定的误差[7,8]。
基于刚柔耦合的风电机组行星传动动力学特性及齿圈变形研究由于行星齿轮传动具有诸如高效、量轻且传动比范围大等特点,被广泛地应用在风电机组传动系统中。
内齿圈是行星传动系统中的重要部件,一般情况下通过螺栓或者花键与机体相配合在一起,并直接与行星轮啮合以传递运动和动力。
以往的研究者大多认为内齿圈是刚性的,但对于变形可以忽略的厚轮缘齿圈而言,这种假设尚可成立。
然而为追求系统轻量化以及提高传动均载性能,薄壁柔性齿圈开始大量运用于行星传动系统中。
据有关文献研究结果表明,当齿圈为柔性状态时,行星齿轮系统的动力学特性发生了较大的变化,基于此,研究齿圈柔性对系统动态性能的影响规律,对工程设计人员前期设计具有轻量化、低振动和高可靠性的风力发电机组行星齿轮传动提供一定的理论参考价值。
本文工作的主要内容和研究结论有:1、在传统的行星传动平移—扭转耦合动力学模型基础之上,为研究齿圈柔性对风电机组行星齿轮传动系统动态特性的影响,将连续体的柔性齿圈离散成多段刚性轮齿段,借以连接处的扭簧扭转刚度来量化齿圈的柔性特点。
在行星架随动坐标系下,综合考虑了啮合刚度、支撑刚度和齿圈柔性等因素,建立了计入齿圈柔性的风电机组行星传动系统平移—扭转耦合模型。
2、为量化描述齿圈柔性特点,本文将齿圈处理为以齿圈周长为长度的悬臂梁结构,则扭簧等效扭转刚度可由悬臂梁弯曲刚度来表示,从而构建起扭簧扭转刚度与齿圈厚度的等效关系。
进而分析了各构件间的相对运动微位移及齿圈的受力情况,运用牛顿力学推出其动力学微分方程。
3、研究了齿圈柔性、齿圈支撑点数目与负载力矩对齿圈变形及系统啮合力的影响,并进一步揭示了太阳轮浮动轨迹在不同齿圈支撑点数目下的表现特点。
研究结果表明:工作过程中的柔性齿圈产生较大的弹性变形,致使太阳轮与行星轮啮合力幅值出现长周期波动,且其频谱中出现多个转频成分,经对比发现该转频分别为行星架转频、n倍行星架转频及2n倍行星架转频(n为齿圈支撑点数目)。
160AUTO TIMEMANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺基于柔性动力学仿真的齿轮拓扑优化苏成龙 罗肇艺 糜沛纹 秦国锋 曹兰广西师范大学 广西桂林市 541004摘 要： 本文利用UG 三维建模软件建立啮合齿轮，通过Hypermesh 软件将齿轮生成MNF 中性文件，使用AdamsView 软件将对齿轮组进行刚性耦合、刚柔耦合、柔性耦合的动力学仿真，对比仿真值数据，筛选出最接近理论计算值的耦合仿真；将最接近理论值的数据代入Hypermesh 软件进行齿轮的拓扑优化，对优化后的结果进行强度分析，验证齿轮的合理性。
关键词：柔性耦合模型 动力学 齿轮 拓扑 轻量化 有限元分析1 前言齿轮在传动系统中属非常重要的部件，传动较为平稳，传动比精确且效率较高；随着工业制造的进步，齿轮的性能研究也逐渐增加，对设计出性能良好、强度较高且质量轻的齿轮有着较高的要求；齿轮的拓扑优化设计是目前最常用的优化方法，通过改变结构布局，获得较佳的性能与体积质量。
目前，姚廷强等人[1]对刚性与柔性的齿轮进行动力学建模分析，得出柔性齿轮更符合实际传动的结论。
高海龙等人[2]基于多体动力学对柔性体齿轮副进行仿真，在动力学仿真过程中考虑了柔性体的自身变形对系统的影响。
薛云伟[3]对齿轮进行轻量化设计、动力学分析与拓扑优化等，达到满足强度与轻量化的要求。
兰州[4]研究齿轮等传动系统等设计的理论和方法，提出了采用齿轮参数多目标优化和齿轮幅板结构拓扑优化两步减重的设计方法。
2 建立齿轮模型使用UG 软件建立啮合齿轮，模数为2.5，齿宽为16mm，主动齿轮为17齿，从动齿轮为47齿，传动比为2.76；啮合齿轮如图1所示。
图1 啮合齿轮3 齿轮柔性化使用Hypermesh 软件将齿轮转换为柔性体，生成MNF 中性文件，所选择的材料为45号钢，45号钢的力学性能如表1所示；4 齿轮动力学仿真动力学仿真得出一定负载和一定工况下的碰撞啮合力、转矩以及角速度的数据；本文对啮合齿轮的仿真分析采用刚性对刚性、刚性对柔性、柔性对柔性的三种耦合仿真，选取最接近理论值的耦合仿真方案。
