球轴承—齿轮系统多体动力学建模与仿真分析

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减速器作为一种典型的传动机构广泛应用于现代机械传动之中。滚动轴承作为旋转机械中的关键零件,影响着整个机械系统的动态性能;而齿轮、轴承作为其主要部件,它们的运动学和动力学特性关系到减速器本身乃至整个设备性能的发挥。虚拟样机技术在机械系统的静力学、运动力学和动力学仿真中使用广泛,对于工程实际具有重要的应用价值。利用虚拟样机技术进行产品的建模、试验、复查、改进等可以节省成本,缩短产品开发周期,而且可以提高产品性能,增强产品竞争力。本文试验对象来源于机电工程学院一级减速器,轴承使用的是轴研所的7007C,运用多体动力学分析软件(ADAMS)进行齿轮系统的动力学性能分析。论文的主要研究工作包括:(1)分别建立了角接触球轴承多刚体动力学模型和刚柔耦合多体动力学模型,通过Hertz接触理论及后面的动态响应测试实验验证了此建模方法是正确的,在此基础上对不同工况条件下对轴承动力学性能的影响进行了分析。(2)在ADAMS中建立了滚动轴承——齿轮系统多刚体模型,理论分析了接触力参数的相关设定。建立的齿轮系统模型在ADAMS仿真得到了相关的系统构件动力学信息等参数信息,将其与理论计算结果对比分析,从对比分析的结果上来看,验证了系统模型的建立以及约束的添加较真实准确。从而说明利用本文的计算公式以及提出的相关约束条件,能够较方便快捷真实地反映齿轮系统动力学性能。由于斜齿轮存在轴向力,在轴向力的起到的一定预紧条件下轴承的运动更加平稳。此外,对于本文中仿真得到的齿轮啮合过程中得到的齿轮啮合力信息以及轴承受力信息,能够为齿轮的强度、疲劳设计,轴承的选择等提供一定的理论依据。(3)利用有限元分析软件建立起齿轮箱的FEA模型,在多刚体系统模型的基础上,利用有限元分析软件与多体动力学分析软件相结合建立了球轴承——齿轮柔性多体动力学分析模型,对建立的系统模型仿真分析,从仿真结果得到了齿轮在啮合过程中,对输入输出轴端的轴承动态性能的影响。(4)本文进行了球轴承的动态响应测试,拾取外圈的径向振动加速度信号和振动频率信号,对比仿真计算结果和实验结果,验证了球轴承柔性多体接触动力学模型和仿真结果的准确性。在对单个轴承进行动态响应测试后进一步进行了齿轮系统实验,拾取了轴承外圈在系统条件下的振动加速度信号与振动频率信号。
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