齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)激勵研究

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1、齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)激勵研究摘要：動態(tài)激勵是系統(tǒng)的輸入，因此，研究齒輪嚙合過程動態(tài)激勵的基本特征，確定動態(tài)激勵的類型和性質(zhì)，是齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)的重要問題。關(guān)鍵詞：動態(tài)激勵齒輪系統(tǒng)Abstract:Theincentiveisadynamicsystemofinput,therefore,themeshingofgearsonthebasiccharacteristicsofdynamicincentivetodeterminethetypeandinspiredynamicnatureofgeardrivesys

2、temdynamicsisanimportantissue.Keyicincentivegearsystem齒輪系統(tǒng)的動態(tài)激勵有內(nèi)部激勵和外部激勵兩類。外部激勵是系統(tǒng)外部對系統(tǒng)的激勵，主要指原動機(jī)的主動力矩和負(fù)載的阻力和阻力矩。外部激勵的確定與一般的機(jī)械系統(tǒng)是相同的。內(nèi)部激勵是齒輪傳動與一般機(jī)械的不同之處，它包括剛度激勵、誤差激勵和嚙合沖擊激勵。在這些激勵中，其嚙合力的變化是較為重要的因素。嚙合力有徑向分力和周向分力。錐齒輪和帶斜齒或螺旋齒的齒輪則其嚙合力還有軸向分力。輪齒的嚙合力傳到齒輪上，對齒輪來說受到的嚙

3、合力是周期性變化的。變化的周向分力則可激起齒輪或齒輪系的扭轉(zhuǎn)振動。按照機(jī)械振動理論，當(dāng)激勵頻率接近系統(tǒng)的某階固有頻率時，可能會引起準(zhǔn)共振或共振現(xiàn)象，而且，激振頻率與固有頻率的數(shù)值越接近，則激起的振動幅度越大，共振現(xiàn)象越明顯，進(jìn)而會在傳動系統(tǒng)的某些部件產(chǎn)生超出系統(tǒng)正常穩(wěn)定工況下幾倍的動應(yīng)力，從而導(dǎo)致傳動系統(tǒng)和工作機(jī)的損壞事故。一、齒輪系統(tǒng)動力學(xué)研究概況盡管涉及齒輪動載荷的研究可以追溯到18世紀(jì)。然而對齒輪系統(tǒng)動力學(xué)的系統(tǒng)研究始于上個世紀(jì)20年代和30年代早期，在此期間的研究主要通過分析和實(shí)驗(yàn)方法來確定輪齒的動載荷

4、，分析理論主要以嚙合沖擊作為描述、解釋齒輪動態(tài)激勵、動態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)，而將齒輪系統(tǒng)簡化為較為筒單的單自由度系統(tǒng)，用沖擊作用下的單自由度系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)來表達(dá)齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)行為。在20世紀(jì)50年代，TuPlin提出了第一個彈簧-質(zhì)量模型用于輪齒動載荷的計(jì)算，從此揭開了齒輪動力學(xué)研究的新紀(jì)元網(wǎng)。相繼在50年代中期出現(xiàn)了許多其它的齒輪動力學(xué)模型。在這一段時期內(nèi)，研究者在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得了大量的成果。自20世紀(jì)70年代至今，人們圍繞齒輪動力學(xué)提出了更為復(fù)雜的模型，包括了時變嚙合剛度、系統(tǒng)中各組成元件的非線性、輪齒間摩擦

5、力、阻尼以及激勵效應(yīng)。二、齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)激勵由于齒輪傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)極為復(fù)雜，不僅載荷工況和動力裝置多種多樣，會出現(xiàn)由原動機(jī)或負(fù)載方面引入的外部激勵，而且會出現(xiàn)由時變的嚙合剛度、齒輪傳遞誤差和嚙入嚙出沖擊所引起的內(nèi)部激勵。齒輪傳動系統(tǒng)的這兩類動態(tài)激勵中，與一般機(jī)械系統(tǒng)主要不同之處在于它的內(nèi)部激勵。由于同時嚙合的輪齒對數(shù)以及嚙合位置隨時間周期變化、輪齒的受載彈性變形、齒輪和輪齒的誤差等因素引起嚙合過程中的輪齒動態(tài)嚙合力變化，即使外部激勵為一穩(wěn)定常值，齒輪傳動系統(tǒng)也會因?yàn)槭艿竭@種內(nèi)部的動態(tài)激勵而產(chǎn)生振動。齒輪傳

6、動系統(tǒng)的內(nèi)部激勵包括時變剛度激勵、時變誤差激勵和嚙合沖擊激勵三種形式。在齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)中，往往將載荷作用下時變的剛度激勵和時變的誤差激勵歸為位移型的激勵，這是一種參數(shù)激勵;而將嚙入嚙出沖擊激勵視為沖擊力型激勵，作為間隙非線性振動來研究。2.1齒輪傳動系統(tǒng)的外部激勵齒輪傳動系統(tǒng)的外部激勵是指齒輪傳動系統(tǒng)中其它外部因素會對輪齒嚙合和傳動系統(tǒng)產(chǎn)生動態(tài)激勵，如原動機(jī)、負(fù)載和系統(tǒng)中其它零部件（如聯(lián)軸器、鍵聯(lián)接、滾動軸承等）的基本特性。具體來講，產(chǎn)生外部激勵的原因有:齒輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡、幾何偏心、原動機(jī)（電動機(jī)或發(fā)動機(jī)

7、）和負(fù)載的扭矩波動以及系統(tǒng)中有關(guān)零部件的激勵特性，如滾動軸承的時變剛度、離合器的非線性等等。在這些因素中，質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的慣性力和離心力將引起齒輪傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子耦合型問題，是一種動力耦合問題。對于幾何偏心，它引起嚙合過程中的大周期誤差，是以位移形式參與系統(tǒng)激勵的。由于質(zhì)量不平衡和幾何偏心主要是由加工誤差引起的，因此往往將它們的影響與內(nèi)部激勵一起研究。就外部激勵這點(diǎn)來看，齒輪傳動系統(tǒng)同其它機(jī)械系統(tǒng)是一樣的。2.2齒輪傳動系統(tǒng)的剛度激勵一般來說，齒輪的嚙合重合度大多不是整數(shù)，嚙合過程中同時參與嚙合的齒對數(shù)隨時間周期

8、變化;此外，由于輪齒的彈性，隨著輪齒嚙合位置的變化，嚙合過程中輪齒對應(yīng)的剛度也隨之變化。這些因素都使得輪齒的嚙合綜合剛度是隨時間周期性變化的。這樣，彈性的嚙合輪齒就相當(dāng)于沿嚙合線方向的時變彈簧，相應(yīng)產(chǎn)生動態(tài)的輪齒嚙合力。這種因嚙合綜合剛度的時變性產(chǎn)生動態(tài)嚙合力并對齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)激勵的現(xiàn)象，就是剛度激勵。對于斜齒輪傳動，由于嚙合線是“點(diǎn)一線一點(diǎn)”的變化過程，嚙合過程的輪齒交替不是突