齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)研究

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1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)研究摘要：動(dòng)態(tài)激勵(lì)是系統(tǒng)的輸入，因此，研究齒輪嚙合過(guò)程動(dòng)態(tài)激勵(lì)的基本特征，確定動(dòng)態(tài)激勵(lì)的類(lèi)型和性質(zhì)，是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的重要問(wèn)題。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)激勵(lì)齒輪系統(tǒng)Abstract:Theincentiveisadynamicsystemofinput,therefore,themeshingofgearsonthebasiccharacteristicsofdynamicincentivetodeterminethetypeandinspiredynamicnatureofgeardrivesystemdynamicsisanimportantiss

2、ue.Keyicincentivegearsystem齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)有內(nèi)部激勵(lì)和外部激勵(lì)兩類(lèi)。外部激勵(lì)是系統(tǒng)外部對(duì)系統(tǒng)的激勵(lì)，主要指原動(dòng)機(jī)的主動(dòng)力矩和負(fù)載的阻力和阻力矩。外部激勵(lì)的確定與一般的機(jī)械系統(tǒng)是相同的。內(nèi)部激勵(lì)是齒輪傳動(dòng)與一般機(jī)械的不同之處，它包括剛度激勵(lì)、誤差激勵(lì)和嚙合沖擊激勵(lì)。在這些激勵(lì)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(duì)齒輪來(lái)說(shuō)受到的嚙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(dòng)。按照機(jī)械振動(dòng)理論，當(dāng)激勵(lì)頻率接近系統(tǒng)的某階

3、固有頻率時(shí)，可能會(huì)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(dòng)幅度越大，共振現(xiàn)象越明顯，進(jìn)而會(huì)在傳動(dòng)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(dòng)應(yīng)力，從而導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)和工作機(jī)的損壞事故。一、齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究概況盡管涉及齒輪動(dòng)載荷的研究可以追溯到18世紀(jì)。然而對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)研究始于上個(gè)世紀(jì)20年代和30年代早期，在此期間的研究主要通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定輪齒的動(dòng)載荷，分析理論主要以嚙合沖擊作為描述、解釋齒輪動(dòng)態(tài)激勵(lì)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)，而將齒輪系統(tǒng)簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)表達(dá)齒輪系統(tǒng)的

4、動(dòng)力學(xué)行為。在20世紀(jì)50年代，TuPlin提出了第一個(gè)彈簧-質(zhì)量模型用于輪齒動(dòng)載荷的計(jì)算，從此揭開(kāi)了齒輪動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型。在這一段時(shí)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(dòng)力學(xué)提出了更為復(fù)雜的模型，包括了時(shí)變嚙合剛度、系統(tǒng)中各組成元件的非線性、輪齒間摩擦力、阻尼以及激勵(lì)效應(yīng)。二、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)由于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)極為復(fù)雜，不僅載荷工況和動(dòng)力裝置多種多樣，會(huì)出現(xiàn)由原動(dòng)機(jī)或負(fù)載方面引入的外部激勵(lì)，而且會(huì)出現(xiàn)由時(shí)變的嚙合剛度、齒輪傳遞誤差和嚙入嚙出沖擊所引起的

5、內(nèi)部激勵(lì)。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的這兩類(lèi)動(dòng)態(tài)激勵(lì)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(lì)。由于同時(shí)嚙合的輪齒對(duì)數(shù)以及嚙合位置隨時(shí)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(guò)程中的輪齒動(dòng)態(tài)嚙合力變化，即使外部激勵(lì)為一穩(wěn)定常值，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)也會(huì)因?yàn)槭艿竭@種內(nèi)部的動(dòng)態(tài)激勵(lì)而產(chǎn)生振動(dòng)。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部激勵(lì)包括時(shí)變剛度激勵(lì)、時(shí)變誤差激勵(lì)和嚙合沖擊激勵(lì)三種形式。在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中，往往將載荷作用下時(shí)變的剛度激勵(lì)和時(shí)變的誤差激勵(lì)歸為位移型的激勵(lì)，這是一種參數(shù)激勵(lì);而將嚙入嚙出沖擊激勵(lì)視為沖擊力型激勵(lì)，作為間隙非線性振動(dòng)來(lái)研究。2.1齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的外部激勵(lì)齒

6、輪傳動(dòng)系統(tǒng)的外部激勵(lì)是指齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中其它外部因素會(huì)對(duì)輪齒嚙合和傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)激勵(lì)，如原動(dòng)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(dòng)軸承等）的基本特性。具體來(lái)講，產(chǎn)生外部激勵(lì)的原因有:齒輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡、幾何偏心、原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)）和負(fù)載的扭矩波動(dòng)以及系統(tǒng)中有關(guān)零部件的激勵(lì)特性，如滾動(dòng)軸承的時(shí)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(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子耦合型問(wèn)題，是一種動(dòng)力耦合問(wèn)題。對(duì)于幾何偏心，它引起嚙合過(guò)程中的大周期誤差，是以位移形式參與系統(tǒng)激勵(lì)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

7、們的影響與內(nèi)部激勵(lì)一起研究。就外部激勵(lì)這點(diǎn)來(lái)看，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)同其它機(jī)械系統(tǒng)是一樣的。2.2齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度激勵(lì)一般來(lái)說(shuō)，齒輪的嚙合重合度大多不是整數(shù)，嚙合過(guò)程中同時(shí)參與嚙合的齒對(duì)數(shù)隨時(shí)間周期變化;此外，由于輪齒的彈性，隨著輪齒嚙合位置的變化，嚙合過(guò)程中輪齒對(duì)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(shí)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(shí)變彈簧，相應(yīng)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的輪齒嚙合力。這種因嚙合綜合剛度的時(shí)變性產(chǎn)生動(dòng)態(tài)嚙合力并對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)激勵(lì)的現(xiàn)象，就是剛度激勵(lì)。對(duì)于斜齒輪傳動(dòng)，由于嚙合線是“點(diǎn)一線一點(diǎn)”的變化過(guò)程，嚙合過(guò)程的輪齒

8、交替不是突