基于时变啮合刚度的齿轮传动系统动力学研究

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煤炭产业是我国工业发展的重要一环,煤炭采掘的机械化与智能化也是国家中长期科技发展的重要课题。针对此类情况,本文基于973项目“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”,对无人采掘装备摇臂的传动系统进行了相关研究,对齿轮传动的部分动力特性做了建模与分析,同时也为日后的可靠性研究做出相关准备。本文具体所做工作如下:(1)介绍了齿轮的啮合刚度理论以及传递误差基本理论,根据现有文献推导了齿轮综合啮合刚度计算的材料力学方法,对于多对轮齿的啮合采用了计算大齿基刚度的方式处理。(2)总结渐开线齿轮的精确建模方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了参数化的齿轮啮合有限元分析模型,分析了直齿轮副与斜齿轮副的综合啮合刚度变化。(3)建立12自由度的斜齿轮通用啮合动力学模型,计及了啮合接触线上刚度分布与摩擦力的影响,分析了接触线与简化后摩擦力臂的长度变化,同时对是否考虑摩擦作用的动力学响应进行了对比求解。(4)提出齿轮动态啮合刚度的概念,利用因齿轮修形而引起的轮齿误差,建立了含误差齿轮副的动态啮合刚度计算模型,并求解了该动力学模型。本文改进了刚度的计算形式,提高了计算的准确性;研究了斜齿轮齿面的接触应力分布与刚度变化以及刚度与啮合压力角的关系,为齿轮动力学研究做基础;发现了摩擦激励做齿轮位移振幅的影响;得到了齿轮副啮合的啮合刚度、传递误差与啮合力等响应随轮齿修形量、施加载荷与齿轮转速的关系。
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