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振动电机新闻中心 〉粉末制金斜齿轮体系抖动速率对应剖析

粉末制金斜齿轮体系抖动速率对应剖析

1前言本文使用有限元法建立了包含齿轮副、传动轴、轴承和箱体的齿轮系统的完整精确动力学模型;使用MSC1Nastran软件计算了斜齿轮动态激励及粉末冶金斜齿轮系统各组成部分在激励下的振动频率响应,并与38CrMoAl刚性齿轮系统进行了比较。
  2齿轮系统的动态激励研究表明,齿轮啮合过程中的动态激励是齿轮传动系统产生振动的基本原因。齿轮系统的动态激励包括内部激励和外部激励。通常,齿轮啮合的动态激励主要是内部激励,齿轮的内部激励包含三种形式:刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。刚度激励是指齿轮啮合过程中啮合综合刚度的时变性引起的动态激励;误差激励是齿轮啮合齿廓偏离理想啮合位置,使齿轮瞬时传动比发生变化,造成齿与齿之间碰撞和冲击;啮合冲击激励是指由于齿轮的误差和受载弹性变形,当轮齿在进入和退出啮合时,其啮合点偏离啮合线上理论啮合点,引起冲击。本研究将分析斜齿轮系统在齿轮刚度激励、误差激励和啮合冲击激励作用下的振动响应。
  啮合齿轮对的参数,应用轮齿三维接触有限元法对齿轮啮合刚度进行数值模拟。根据齿轮设计的精度等级确定齿轮偏差,采用简谐函数法进行误差模拟。齿轮刚度激励和误差激励产生的激励力―时间历程曲线,用有限元法对啮合冲击激励进行数值模拟,3重庆大学机械传动国家重点实验室访问学者基金项目干涉,引起了冲击力的急剧上升,其瞬时幅值可达到均值的近两倍,冲击时间为啮合周期的近5.
  3斜齿轮系统有限元模型齿轮系统分为传动系统(齿轮、传动轴)和结构系统(箱体),通过轴承把两者耦合起来。下面以粉末冶金和38CrMoAl斜齿轮系统为研究对象,建立整个系统的有限元模型。
  使用UG软件建立精确的斜齿轮系统三维模型,导出Parasolid格式的数据文件。用MSC1Patran导入CAD模型。使用Bolean命令将斜齿轮系统的各零、部件集成为整个系统的有限元模型。各零、部件均采用精确模型,该模型能真实反映实际的工况。
  采用四节点四面体单元对斜齿轮系统进行自适应网格划分,得到30533个节点,126560个单元。定义模型的材料和单元特性。
  为了能够准确地反映斜齿轮系统的实际状态,在模态分析和振动响应求解中取箱体底平面为固定约束边界条件。
  412斜齿轮系统振动频率响应分析斜齿轮系统的振动频率响应采用MSC1Nastran的模态频率响应分析模块(SOL111),用振型叠加法进行求解。施加载荷时,先把刚度、误差和啮合冲击时域激励通过快速傅立叶变换为频域激励。然后分别把载荷加在主、从动齿轮的啮合线上,沿接触点公法线方向。
  系统的阻尼是动态响应分析中的重要参数。实际系统中的阻尼可分为粘性阻尼和结构阻尼。结构阻尼主要是由于弹性结构材料的内摩擦和在结构的固定连接处、接触面之间的摩擦力引起的。刚性齿轮的结构阻尼为1~3,粉末冶金齿轮材料内摩擦大,结构阻尼为8~12,在高频段取较小阻尼比,低频段取较大阻尼比。
  根据以上模型,提交MSC1Nastran进行频率响应分析,可以得到位移、速度、加速度的频率响应。粉末冶金斜齿轮系统与刚性斜齿轮系统位移响应的对比曲线,PM表示粉末冶金斜齿轮系统响应曲线,ST表示38CrMoAl刚性齿轮系统响应曲线。
  粉末冶金斜齿轮系统的振动响应幅值明显低于38CrMoAl斜齿轮系统,响应峰值频率比38CrMoAl斜齿轮系统的低。
  齿轮响应峰值频率为695Hz,38CrMoAl斜齿轮系统响应峰值频率为76215Hz. 

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