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齿面摩擦对面齿轮传动系统振动特性的影响分析
摘要：为研究齿面摩擦力对正交面齿轮传动系统动态特性的: .
齿面摩擦对面齿轮传动系统振动特性的影响分析
摘要：为研究齿面摩擦力对正交面齿轮传动系统动态特性的影响，基于集中参数理论，建立了考虑齿面摩擦、齿侧间隙、传动误差、时变啮合刚度、啮合阻尼、支撑刚度和阻尼等参数的正交面齿轮多自由度耦合振动模型，采用龙格库塔数值积分法对系统的动力学方程求解，得到随摩擦系统变换的系统动态响应分岔特性。结果表明，随齿面摩擦系数的变化，面齿轮传动系统的动力学特性有周期响应和混沌响应，动态特性比较复杂。关键词：面齿轮；非线性振动；摩擦系数；动态特性
引言
齿轮的摩擦学机制异常复杂，是目前机械研究的热点，其中摩擦力对齿轮传动过程中的振动特性影响较大，加剧了系统的振动和噪声，齿面摩擦除引起齿轮沿垂直啮合线方向平移振动，还会形成摩擦力矩制约扭转振动，当齿面润滑不良或齿面出现微损伤时，摩擦力激励成为重要的振动源。因而，有必要深入分析齿面摩擦动力学激励机理，特别是齿面微观变化时对系统动力学特征的影响。
目前，国内外对渐开线圆柱齿轮和锥齿轮传动的摩擦力研究较多，亦有摩擦力对齿轮传动动力学的影响分析研究［1~6］，国内的靳广虎、杨振等建立了含传动误差、齿侧间隙等参数的正交面齿轮传动系统的非线性振动模型，分析了传动误差、支撑刚度与阻尼、啮合刚度与阻尼、齿侧间隙等参数对正交面齿轮传动系统动态特性的影响［7〜11］，但关于面齿轮传动的摩擦动力学研究较少［6］。
面齿轮传动主要是应用于航空动力传动，航空动力传动的特点是高速、重载［3,4］。为提高面齿轮传动的效率，减少面齿轮传动的振动和噪声，使面齿轮传动满足航空动力传动的要求，本文对面齿轮传动中的摩擦力开展研究，着重分析了齿面摩擦系数对面齿轮传动系统振动特性的影响。
1系统的非线性动力学模型
正交面齿轮传动系统的非线性动力学模型如图1所示。动力学模型中的坐标系z轴与面齿轮的回转轴线方向一致，y轴沿面齿轮的径向方向，根据y轴和z轴的坐标方向应用右手法则确定坐标系的x轴。模型中考虑轮齿的弯曲振动与扭转振动，将两齿轮处理为具有转动惯量的集中质量块，而轴承、支座等效处理为弹性支撑，采用无质量的弹簧和阻尼器模拟。
根据正交面齿轮与圆柱齿轮啮合传动原理，模型中轮齿的啮合力Fn在圆柱齿轮1上可分解为径向力F1z和圆周力Fix,在面齿轮2上可分解为轴向力F2z和圆周力F2x,圆柱齿轮1不受轴向的分力，使系统的支撑结构简单,振动自由度减少。根据正交面齿轮传动系统的受力分析,系统中共有6个自由度，分别为圆柱齿轮1沿0X1和OZ1方向的弯曲振动x1和z1，面齿轮2沿0X2和0Z2方向的弯曲振动x2和z2,两齿轮分别绕轴线的扭转振动B1和02。
第4期李晓贞,等：齿面摩擦对面齿轮传动系统振动特性的影响分析振动工程学报第27卷图1正交面齿轮传动系统非线性动力学模型