关键词： 新型惯质粘滞阻尼器   归一化复模态方法   数值研究   拉索试验   振动控制  

摘要： 针对一种新型的齿轮齿条式惯质粘滞阻尼器,利用归一化的复模态方法,讨论了该新型阻尼器的自身性能参数和耗能性能;建立了考虑垂度的拉索-惯质粘滞阻尼器振动体系,用归一化的方法研究了惯质系数和阻尼系数对拉索模态阻尼比的影响。模型试验与数值计算的分析表明:由负刚度产生的位移放大效应使惯质粘滞阻尼器具有良好的拉索减振效果;在考虑单阶振动时,为达到较高的单阶模态阻尼比,不同阶次所需惯质系数与阻尼系数有所不同;在惯质系数为优化值时,惯质粘滞阻尼器能够同时使得相邻的两阶振动的模态阻尼比达到最大。

关键词： 端曲面齿轮副   防滑差速器   静力学分析   运动仿真  

摘要： 为了探究端曲面齿轮防滑差速器的运动特性和防滑性能,基于端曲面齿轮副啮合原理和差速器工作原理,建立了端曲面齿轮防滑差速器的静力学模型,分析了端曲面齿轮副阶数、偏心率以及转速差对差速器转弯时运动特性的影响;利用Adams软件对端曲面防滑差速器的防滑特性进行了动力学仿真。结果表明,与普通圆锥差速器相比,端曲面齿轮防滑差速器具有显著的防滑特性,防滑系数可达2.5。通过简化端曲面齿轮防滑差速器模型,搭建差速器实验平台,得到了非圆行星齿轮偏转角速度,验证了在差速状态时其理论值的准确性。

关键词： 星型齿轮传动系统   动力学分析   齿廓修形  

摘要： 针对两级星型齿轮传动系统,为降低系统振动、提升系统性能,开展齿廓修形方法和动力学建模研究。并基于此开展修形参数对系统动态啮合力齿频幅值的影响规律研究,确定齿廓修形参数设计范围。获得齿廓修形参数的非劣解集合,以内外齿轮副啮合频率对应的幅值最小为目标,确定系统齿廓修形参数。开展未修形与修形齿轮系统的动态响应分析,验证了系统齿廓修形设计方法的可行性。结果表明,合理的修形参数可以有效地减小系统的振动。

关键词： 人字行星齿轮   空间轴交角   动力学建模   动态啮合力  

摘要： 空间轴交角直接影响人字行星齿轮齿面的啮合位置和动态特性,通过将空间轴交角分解到轴平面(两齿轮轴线组成的平面)和垂直平面(通过轴线且与轴平面垂直的平面),推导两个平面中轴交角造成的齿面沿啮合线的等效位移,进而分析出轴交角对齿轮啮合刚度的影响。以输入侧为原点,输出侧齿面相互远离时轴交角为正,考虑人字行星齿轮左右扭转柔性的三段式建模,构建出一种新型空间轴交角人字行星齿轮系统动力学模型,并分析行星齿轮轴交角对齿轮动态特性的影响。结果表明:垂直平面轴交角对啮合刚度和动态啮合力的影响大于轴平面轴交角;空间轴交角增大时,内外啮合刚度均明显减小,且内啮合变化程度大于外啮合齿;动态啮合力会随空间轴交角正向增加而在输入侧增大,输出侧减小,负向增加时则相反。研究结果为人字行星齿轮系统的动态性能设计与控制提供理论基础和技术支撑。

关键词： 机车车辆   齿轮传动系统   动力学行为   齿轮偏心  

摘要： 为掌握服役过程中齿轮偏心对机车车辆传动系统动态响应特性的影响,建立了考虑齿轮传动系统的机车车辆动力学模型。齿轮传动系统通过齿轮啮合、悬挂系统与轮轨关系等耦合集成于整车动力学模型,该模型详细考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度、轨道几何不平顺及轮轨接触等非线性因素,能够更加真实地反映牵引状态下的车辆动力学行为;基于该模型,系统研究了主动齿轮不同偏心量下的机车车辆齿轮传动系统动力学行为,并通过了线路试验验证。结果表明,齿轮传动系统的动力学性能直接受到偏心影响,其传动平稳性随着偏心量增加而逐渐恶化。此外,在齿轮箱不同监测点中靠近小齿轮端,垂向加速度受齿轮偏心的影响最为显著,该测点可用于齿轮偏心健康监测。研究为机车车辆齿轮传动系统的智能运维提供了理论基础。

关键词： 数控机床   齿轮齿条   间隙   仿真分析  

摘要： 为了提高数控机床加工精度,消除进给系统中齿轮齿条传动的间隙,设计了双齿轮传动消隙机构。其通过弹簧预紧实现啮合面的贴合,运用仿真分析的形式对机构应用效果进行分析。结果表明,双齿轮消隙机构可以消除齿轮齿条的传动间隙,提高进给系统的精度。

ISBN: (纸本)9787030746870

关键词： 塑料齿轮   数据驱动   寿命预测   软件开发  

摘要： 相比金属齿轮,塑料齿轮由于其质轻耐腐、减振降噪、自润滑、易于大规模生产等独特优势,为新一代航空、航天等高端装备齿轮传动高功率密度设计提供了新的选择方案。近年来,材料科学的进步和成型技术的提升,塑料齿轮承载能力和成型精度不断提升,已具备在动力传动领域大规模应用的潜力。然而,塑料齿轮材料种类众多,服役性能受温度、湿度、时间等因素影响,相关设计标准及基础数据缺失,致使高承载塑料齿轮的设计与应用面临严峻挑战。传统塑料齿轮强度计算基于经验公式或数值模型,存在设计粗放、计算代价大等问题,限制了其在航空发动机附件机匣、新能源汽车轮边减速器等高端装备设计中的应用推广。数据驱动技术的诞生,为解决塑料齿轮强度计算和疲劳寿命预测提供了全新思路,但受限于数据驱动模型对数据量存在一定需求,基础数据不足的问题成为限制数据驱动技术应用的关键瓶颈。对此,本文面向塑料齿轮传动轻量化设计需求,开展高承载塑料齿轮疲劳性能试验与数据驱动预测研究,主要研究内容如下:(1)开展了POM塑料齿轮接触疲劳试验。基于德国塑料齿轮强度设计手册VDI 2736制定了POM齿轮接触疲劳试验方案,采用多用途摩擦学试验机进行了不同载荷和温度条件下POM齿轮承载能力试验,获得不同载荷水平和运行温度下POM齿轮接触疲劳寿命等基础数据,为研究载荷水平、运行温度与POM塑料齿轮接触疲劳寿命的关联规律提供了数据支撑;(2)建立了POM齿轮接触疲劳寿命预测模型。结合数据增强算法WGAN和预测算法XGBoost,建立了一种基于WGAN-XGBoost模型的小样本POM齿轮接触疲劳寿命预测模型,研究了不同初始样本量下的POM齿轮接触疲劳寿命模型预测精度,拟合了考虑温度和载荷的POM齿轮接触疲劳寿命预测公式,验证了POM齿轮接触疲劳寿命计算误差均位于2倍误差带以内,误差较小,能够满足工程实际需求。(3)开发了塑料齿轮疲劳性能分析软件。基于VDI 2736塑料齿轮设计手册和积累的塑料齿轮小样本数据集,开发了塑料齿轮疲劳性能分析软件,包括设计计算、小样本寿命预测功能,设计计算模块的计算结果与VDI 2736中算例结果相比一致,验证了软件计算的准确性,并应用于航空发动机附件机匣领域,为高承载塑料齿轮应用提供了平台支撑。

关键词： 风力发电机组   齿轮箱   模糊隶属度   互近邻   异常值检测  

摘要： 近年来,以风能为代表的新能源技术得到了快速的发展,但由于风机自身结构复杂以及运行环境严酷,导致风机容易发生故障,造成较大的经济损失甚至人员伤亡。齿轮箱是风机的重要组成,齿轮箱失效往往会造成更严重的损失。因此,研究风机齿轮箱故障诊断方法,对齿轮箱故障状态及时诊断,可以为机组的运行维护提供重要指示,从而保障风电机组安全、可靠的运行。考虑到风电机组在数据采集过程中容易受到外界干扰,使得数据中存在异常点,使得故障诊断算法的性能受到影响。为此,本文对齿轮箱常见故障以及振动信号的常见处理方式进行了介绍,并展开了以下研究: (1)提出了一种模糊互K近邻(Fuzzy Mutual K-Nearest Neighbor,FMKNN)分类器,将互K近邻方法进行模糊化扩展。该方法可以通过内生的互近邻概念实现离群点剔除,同时通过模糊隶属度函数的引入实现了样本类别的软划分,解决互K近邻算法的不足。将FMKNN算法应用于UCI的22个数据集,实验结果表明,该方法具有良好的泛化性能。 (2)提出了一种基于模糊互K近邻的齿轮箱故障诊断方法。利用旋转机械故障实验平台的平行轴齿轮箱振动数据和实际风电场收集的运行数据,对所提方法进行实验验证。针对数据中异常点对算法造成干扰的问题,利用一种两阶段的异常点剔除方法解决该问题,通过实验表明,所提方法在实验测试平台和实际风机齿轮箱故障诊断中都获得了较好的效果。

关键词： 非正交面齿轮   非线性动力学   多尺度法   胞映射法   全局性态  

摘要： 非正交面齿轮相较于传统的齿轮传动系统具有独特的结构优势,如对轴向安装误差不敏感、重合度高、传动时小齿轮不受轴向力,可以在0°到180°范围内传输转矩,在航空、医疗设备、船舶等大负载和小模数传动领域发挥重要作用。因此,研究非正交面齿轮传动系统的动态性能和可靠性具有重要的工程意义。本文以非正交面齿轮-轴承系统为研究对象,研究了其非线性行为、主共振特性以及全局性态。论文的主要研究成果如下: (1)建立了非正交面齿轮-轴承系统的空间坐标系,在坐标系内建立了非正交面齿轮-轴承系统多自由度耦合振动数学模型,根据轴承和非正交面齿轮副的运动关系和空间位置分别求解了轴承的支撑力和非正交面齿轮副的啮合力,采用有限元方法求解了非正交面齿轮副的时变啮合刚度,模型中考虑了齿侧间隙、轴承游隙、传动误差等非线性因素。最后,对系统动力学模型进行无量纲处理。 (2)用四阶变步长Runge-Kutta求解非正交面齿轮-轴承系统多自由度耦合振动模型动态响应,讨论了激励频率、摩擦系数、轴承支撑刚度等系统参数对系统响应的影响,用时域图、频域图、相图、庞加莱截面和分岔图描述了系统由周期响应逐渐步入混沌响应的过程。 (3)采用多尺度法对系统的主共振特性进行分析,将系统的响应考虑为多个时间尺度的函数,对系统的非线性函数进行拟合,推导了系统幅频响应方程,判定了系统的主共振稳定性条件。并用数值方法分析了控制参数、啮合阻尼、时变啮合刚度波动幅值和载荷波动对系统幅频特性的影响。 (4)采用胞映射方法分析了非正交面齿轮-轴承系统的非线性全局性态演化过程,即系统长时间历程后的响应对系统初态的依赖性。用胞映射方法计算了Poincaré截面上500*500个胞迭代到10000步后的相轨迹,观察了系统初始状态在对系统动力学行为的影响。用全局分岔图、全局性态图、多初始值相图和庞加莱截面来说明非正交面齿轮-轴承系统的全局行为随激励频率、啮合阻尼和负载波动的演化过程。对演化过程中多个周期响应共存、周期响应与混沌响应共存等复杂现象做出解释。