变速箱行星齿轮的分岔特性分析.pdf

变速箱行星齿轮的分岔特性分析贺春辉杨嘉骏向 雷秦利军(长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西 西安)摘 要:针对变速箱多级齿轮传动系统产生的噪声问题以非线性动力学理论为基础对齿轮传动系统的振动响应状态进行预测与控制 以某变速箱一档齿轮传动系统为研究对象建立动力学微分方程对其分岔特性与稳定性进行研究得到位移相图和 图分析了激励频率、功率、啮合阻尼对齿轮系统分岔特性和运动稳定性的影响结果表明在保证系统传递效率的前提下转速不变时选择较大的功率与适当提高啮合阻尼对分岔特性有积极影响可以弱化混沌运动提高系统稳定性为变速箱齿轮优化设计分析奠定理论基础关键词:变速箱 非线性动力学理论 分岔特性 混沌运动中图分类号:.文献标识码:文章编号:():.:引言齿轮作为典型的传动机构是装载机变速箱的重要组成部分相比于其他传动方式具有结构紧凑、传输距离短和效率高的优点 虽然齿轮传动的优点很突出但是其传动时往往会产生严重的振动和噪音随着齿轮的非线性动力学理论研究的发展进行非线性动力学建模分析已成为研究齿轮振动的重要手段 通过非线性齿轮振动理论分析齿轮系统的分岔特性选择合理的优化设计对工程的实际应用具有指导意义因此有必要针对变速箱齿轮传动系统进行分析研究目前齿轮动力学研究现状王昕等采用质量集中法建立了一对齿轮的非线性动力学模型得到系统在两种不同齿侧间隙函数下的非线性动态响应结果表明了侧隙对振动的影响很明显 张柳、吴训成等针对单对斜齿轮副动力学模型研究了啮合刚度齿距误差两种影响因素对振动响应的影响变化结果表明啮合刚度越大振动增大越缓慢齿距误差主要影响轴向的振动 徐燚等对于单对斜齿轮系统研究了侧隙对振动响应的影响分析结果表明:高速重载时相比于高速轻载时受侧隙影响较小 钭奕轶等详细分析了斜齿轮传动系统的分岔特性结果表明合理选择系统的参数才能更好地保证系统的稳定性为了能够准确对齿轮传动系统的振动响应的状态进行预测与控制有必要对其分岔特性与稳定性进行研究 因此以某变速箱一档齿轮传动动力学微分方程为研究对象研究其不同参数对齿轮系统分岔特性和运动稳定性的影响 非线性动力学理论.分岔理论某些运动有确定的规律但在不同因素的影响下会发生无规则的运动这种运动叫做混沌运动混沌运动存在于非线性系统中其运动形式可以用微分方程表示并且通常将高阶微分方程转化为一阶微分方程组进行处理 对于齿轮传动系统我们可以求解微分方程的振动响应去分析运动状态分岔理论对于非线性方程的表达式为:()()式中:方程参变量对于固定系统 是固定值但通常来说 若变化系统的振动响应也可能发生变化当 变化时系统的振动响应在周期与混沌之间发生变化这种现象就叫做分岔 突变值 为分岔点不引起分岔的其他点为常点在研究分岔问题时研究系统的振动响应随着参数 变化的图形称之为分岔图 若曲线变化从一条变为多条称为分岔运动若从多条变为一条则系统发生倒分岔运动 当分岔图中为一条曲线时系统通常为周期运动若在某段区间变化为多条曲线通常为多周期运动当为一条较粗的曲线时此时系统多为准周期运动当在某段区间为无数点的集合时系统发生混沌运动 本文选择了某变速箱的一档进行研究如图 所示SQJT图 一档传动原理简图.一档传动系统的动力学模型一档变速箱传动系统为三级齿轮传动齿轮传动系统各级齿轮副基本参数如表 表 齿轮传动系统参数项 目模数齿数/压力角/齿轮副./太阳轮、行星轮、内齿圈./齿轮副./一档传动系统动力学模型如图 LZLZLZDYDZLLDFLFDLYLDLZDZDYLYDDDDYLDYLSYDSYLQJZDQJZLQJZLSQJDFQJFSQJDQJYFTQJDZDZDYDYLDZLYZDTZLYYDTYLTQJDTQJDDZDSZLSZDTLSLY图 一档传动系统动力学模型根据牛顿第二定律齿轮 的动力学方程如下:()()()式中:齿轮 的质量()各齿轮的轴承支撑刚度和阻尼 齿轮的转动惯量 齿轮副 之间的动态啮合力()()()传动系统分岔特性分析行星齿轮传动系统的运动分为单周期状态、多周期状态与混沌状态三大类 当其处于单周期状态时系统运行平稳振动较小有利于延长齿轮的运动寿命当其处于多周期状态时系统的运行参数会随着周期变化而变化导致系统状态波动或出现不可预测的跳跃现象当其处于混沌状态时系统会做无规则的跳跃其运行轨道不可预测系统的振动和噪声因其混沌而增大严重影响齿轮传动的寿命对此我们应该尽可能使齿轮传动处于单周期稳定状态 由于系统受到多个参数的影响本文选择激励频率、功率及啮合阻尼等重要参数对齿轮传动系统的分岔特性和运动稳定性进行研究选择合理的参数使系统运行平稳延长使用寿命.激励频率对行星齿轮传动系统分岔特性的影响激励频率的改变主要依靠齿轮系统的输入转速选择逐渐增加齿轮传动系统的太阳轮输入转速观察位移的变化量分析齿轮系统的随激励频率变化的全局分岔特性结果如下图所示 图 为内外啮合线位移变化图为齿轮传动系统的全局分岔特性图 为太阳轮横向振动的分岔特性图图 为内齿圈的扭转振动分岔特性图BC 图 行星齿轮传动系统的激励频率全局分岔特性 图 太阳轮横向振动 图 内齿圈扭转振动分岔特性 分岔特性由图 图 可知行星齿轮传动系统随着激励频率的变化表现出丰富完整的分岔特性 当激励频率大于.小于.时此时齿轮的无量纲振动位移出现混沌现象随着激励频率有规律的增加系统的无量纲振动位移分岔图出现连续散点此时系统为单周期运动当激励频率大于.小于.时系统又进入混沌状态随后又出现短暂的单周期运动并在.处发生跳跃现象并再次出现混沌现象后进入准周期运动状态内啮合线的等效位移的分岔特性具有相似的现象在此不再赘述 太阳轮横向振动分岔特性与内齿圈扭转振动分岔特性与啮合线上的分岔特性变化相似只是在.处没有跳跃现象.功率对行星齿轮传动系统分岔特性的影响设齿轮系统的输入功率为 控制变量保持其余参数指标一致研究改变不同输入功率时讨论对行星齿轮传动系统分岔特性的影响计算结果如图 图 所示BC 图 行星齿轮啮合线振动位移分岔特性 图 太阳轮横向振动 图 内齿圈扭转振动分岔特性 分岔特性由图 图 所示的位移变化量可推出当系统输入功率较低时行星齿轮的内外啮合线方向上的无量纲位移在较大的区域内处于混沌运动状态系统极不稳定 按照等值增加的规律逐渐改变输入功率的增大系统逐渐进入单周期运动状态且振动幅值基本保持不变太阳轮横向振动分岔特性与内齿圈扭转振动分岔特性在单周期运动期间存在激变现象由上述分析可知行星齿轮传动系统在不同的载荷作用下系统所表现出的运动稳定性有所不同因此可以总结出合理工作的数值范围根据载荷和转速对行星齿轮传动系统的分岔特性影响规律在不影响传递效率的前提下选择合适的转速和载荷使系统尽量避开混沌运动的数值范围和尽可能运行于稳定的单周期运动状态有利于维持系统的稳定提高工作效率有效降低齿轮的振动和噪声延长使用寿命.啮合阻尼对高重合度行星齿轮传动系统分岔特性的影响 当转速 .时控制变量保持其余参数指标一致只改变系统的啮合阻尼比系数研究阻尼对系统振动分岔特性的影响其无量纲位移变化计算结果如图 图 所示 图 阻尼对啮合线方向等效位移分岔特性影响 图 阻尼对太阳轮振动 图 阻尼对内齿轮扭转位移分岔特性影响 振动分岔特性影响由图 可知齿轮啮合阻尼从 等值 增加到 行星齿轮传动系统的无量纲位移随着啮合阻尼的改变而改变外啮合线的等效位移由混沌运动状态进入周期运动状态 阻尼系数大于 小于.时系统为混沌运动状态随着阻尼的增加啮合线的等效位移混沌运动逐渐收敛为单周期运动状态未呈现周期和混沌运动之间的激变现象内啮合线的等效位移的分岔特性具有相似的现象阻尼对内外啮合线方向上的无量纲位移基本保持相同的变化规律 由图 和图 的变化分析可知随着啮合阻尼的等值.增加太阳轮的横向振动位移由混沌运动进入周期二运动经过倒分岔进入单周期运动状态在啮合阻尼等于.时系统进入混沌运动状态 随着阻尼系数的增加系统由混沌运动变为倒周期二运动当阻尼继续增加时系统进入单运动状态 结论本文主要介绍了齿轮动力学非线性动力学研究了几个重要参数对齿轮传动系统分岔特性的影响得到以下结论:)激励频率对系统的分岔特性影响比较显著相对来说转速越小系统的响应越稳定 当转速不变的情况下输入功率决定输入扭矩的大小由于功率较小时系统发生混沌响应应该选择较大的功率)取较大的啮合阻尼能够明显降低齿轮系统的振动响应因此在实际运用中可以选择阻尼较大的材料 在较大的刚度条件下系统进入混沌状态所以在保证齿轮正常运行的情况下选择较小的刚度值参考文献 贾元植郑清春马文朋等.含复杂断齿故障的行星齿轮动力学研究.噪声与振动控制():.吴晓东庞峰邹玉静.某装载机空挡举升时变速箱噪声问题研究.中国工程机械学报():.董金城.人字齿轮及其分支传动系统动力学建模方法与动力学特性研究.西安:西北工业大学.王昕康博强.齿侧间隙函数对斜齿轮动力学特性的影响.机械传动():.张柳吴训成须俊健等.含时变啮合刚度和齿距误差的斜齿轮动力学分析.机械传动():.徐燚.考虑间隙的变速器斜齿轮副非线性动力学研究.合肥:合肥工业大学.郭磊.斜齿轮多间隙非线性耦合系统动力学研究.大连:大连理工大学.钭奕轶李剑敏王威等.考虑啮合刚度随机扰动的斜齿轮系统分岔特性研究.机械传动():.基于点云的曲线焊缝识别方法研究王传玺(长安大学 工程机械学院陕西 西安)摘 要:三维曲线焊缝是焊接工艺中较为常见的一种焊缝其具有复杂多变和曲线不规则等特点使得对其识别难度大、精度低 针对自动化焊接过程中的三维曲线焊缝提出了一种基于点云的识别方法该方法具有效率高、识别精度高、应用范围广以及可靠性强等优点 其原理是通过使用三维面结构光扫描仪获取工件表面的原始点云数据通过使用 点云库进行降采样、分割、边界提取和曲线拟合等实现焊缝边界的精确的提取并拟合出焊枪末端的实际运行轨迹关键词:曲面焊缝 点云 特征提取 曲线拟合中图分类号:文献标识码:文章编号:():.:引言焊接技术被称为“工业的裁缝”是现代化工业制造中至关重要的一环无论是在车辆生产、船舶制造、航空航天以及数码产品的制造其应用领域十分广泛 而随着自动化技术与计算机技术的升级和发展焊接机器人技术得到前所未有的提高自动化焊接技术的主要研究内容包括焊缝识别、路径规划、轨迹跟踪与焊缝质量控制等其中焊缝识别的精度和实时性是评价焊接工艺的重要指标 焊缝识别技术以传感技术为基础通过传感器检测焊缝位置来引导焊枪按照实际轨迹曲线进行焊接 由此可见焊缝的识别在机器人焊接过程中作用重大其识别的精度关乎着整个焊接过程的质量 .:.鄢万斌余晓波卢再毅等.变速器振动噪声分析及轮齿修形优化.液压与气动():.作者简介:贺春辉()男长安大学工程机械学院硕士在读研究方向:机械电子工程(齿轮 与闪温优化、电池 与 估计)收稿日期: