基于多种离散化分析建模方法的薄壁螺旋齿轮系统动态分析 王启波， 李天成， 唐金源， 孙周

《Machines》：Dynamic Analysis of Thin-Web Helical Gears Systems Based on Various Types of Discretized-Analytical Modelling Methods Qibo Wang, Tiancheng Li, Jinyuan Tang and Zhou Sun

　　

摘要

在航空航天工业中，为了实现高功率密度的传动，通常更倾向于使用薄齿廓齿轮。然而，薄齿廓结构在传动过程中总会引发平面外的共振，这种情况在螺旋齿轮中尤为常见，表现为在特定转速下出现严重的振动。为了解决这个问题，提出了一个轴-齿廓-齿轮环的动态模型。该模型基于Timoshenko直梁理论、Mindlin板理论和Timoshenko弯曲梁理论对轴、齿轮齿廓和齿轮环进行了建模。同时，将由于齿合刚度变化而产生的势能与齿轮环进行了耦合。根据弹性变形理论，推导出了各个离散化有限元元素的动能和势能，并利用哈密顿原理得到了每个元素的控制方程。该模型通过模态实验进行了验证。与传统转子-齿轮模型的对比表明，在具有薄齿廓的螺旋齿轮中，齿轮本体的柔性具有重要意义。研究了齿廓厚度和螺旋角对动态响应的影响，结果发现齿轮齿廓的弹性和适当较高的螺旋角可以有效减少支撑轴承处的振动，防止过度振动，并有助于降低传动系统的振动和噪音。