【正文】 ...............................21 表 常用 的粘溫方程 ................................................48 1 緒論 1 1 緒論 引言 變速器 是汽車上的 重要裝置 ， 目前的機(jī)械式變速器 主要由 箱體、齒輪傳動系統(tǒng)、同步器、 換擋裝置等組成 ， 而 由多對齒輪組成的齒輪傳動系統(tǒng) 是變速器 的 核心部件 。s) ...........................................................................39 圖 齒輪動力學(xué)響應(yīng) (Cb= m) ........................................................................39 圖 齒輪動力學(xué)響應(yīng) (Cb=1e4 m) .........................................................................40 圖 齒輪傳遞誤差響應(yīng) (Fw=2 Ns) .......................................................................22 圖 齒輪動力學(xué)響應(yīng) (η= Pa Nonlinear Oil Film Force。輪齒間作用力加入油膜阻尼力，考慮齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度、時(shí)變接觸線長度和 齒輪 重合度 ，利用集中質(zhì)量法建立 直齒輪和斜齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并基 于上述建模方法，綜合考慮溫度對潤滑劑粘度和齒側(cè)間隙的影響，建立 計(jì)入溫度效應(yīng)的斜齒輪傳動模型，應(yīng)用改進(jìn)的 Newmark 方法進(jìn)行數(shù)值求解。 我要感謝我的父母對我的培養(yǎng)， 感謝 他們對我的支持 ， 使我能夠全身心地投入到科研工作中，感謝他們的關(guān)心和信任 ，使 我 擁有戰(zhàn)勝困難的決心和信心 ！ 作者：陳 昊 20xx 年 3 月 20 日 II 摘 要 變速箱齒輪傳動系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中，需要對齒輪進(jìn)行良好的潤滑，輪齒齒面通過潤滑劑接觸時(shí)，輪齒之間以非線性油膜力相互作用。 盧老師 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)作風(fēng)，質(zhì)樸的生活態(tài)度 ， 誨人不倦的師者風(fēng)范，對教育事業(yè)滿腔熱情、無私奉獻(xiàn)的工作精神，影響著我的人生觀和價(jià)值觀 ， 將使我受益終生。在將來的工作和學(xué)習(xí)中，我將銘記 盧 老師的教誨，嚴(yán)格要求自己。由于 潤滑劑的阻尼效應(yīng) 、齒側(cè)間隙和時(shí)變嚙合剛度等非線性因素的存在，使齒輪傳動系統(tǒng)表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性動力學(xué)特性 ，而齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性直接影響著變速箱各項(xiàng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣。 利用分岔圖等方法分析了系統(tǒng)的運(yùn)動特性 ，結(jié)果表明：轉(zhuǎn)矩波動頻率和溫度對系統(tǒng)運(yùn)動形態(tài)的影響較為顯著，隨著參數(shù)的變化，系統(tǒng)出現(xiàn)了混沌運(yùn)動；且斜齒輪的運(yùn)動形態(tài)較直齒輪更簡單。 Rattle。s) .........................................................................23 圖 系統(tǒng)隨齒側(cè)間隙的最大 Lyapunov 圖 ...........................................................24 圖 齒輪動力學(xué)響應(yīng) (Cb= m) ......................................................................24 圖 齒輪動力學(xué)響應(yīng) (Cb=1e4 m) .........................................................................25 圖 齒輪傳遞誤差響應(yīng) (w=200π rad/s) .................................................................26 圖 齒輪傳遞誤差響應(yīng) (w=400π rad/s) .................................................................26 圖 齒輪傳遞誤差響應(yīng) (w=600π rad/s) .................................................................26 圖 不同轉(zhuǎn)速下輪齒敲擊指標(biāo)隨潤滑劑粘度變化圖 .........................................27 圖 不同轉(zhuǎn)速下輪齒敲擊指標(biāo)隨齒側(cè)間隙變化圖 .............................................27 圖 敲擊指標(biāo)隨粘度和齒側(cè)間隙變化的等值線圖 .............................................28 圖 不同轉(zhuǎn)速下功率損耗隨潤滑劑粘度變化圖 .................................................29 圖 不同轉(zhuǎn)速下功率損耗隨齒側(cè)間隙變化圖 .....................................................29 圖 功率損耗隨粘度和齒側(cè)間隙變化的等值線圖 .............................................30 圖 斜齒輪受力模型 ...............................................................................................32 圖 斜齒輪接觸線模型 ...........................................................................................34 圖 斜齒輪接觸線長度曲線 ...................................................................................35 圖 斜齒輪嚙合剛度曲線 .......................................................................................36 圖 系統(tǒng)的最大 Lyapunov 指數(shù)圖 .........................................................................37 圖 齒輪動力學(xué)響應(yīng) (η= Pam) ......................................................................40 圖 齒輪傳遞誤差響應(yīng) (Fw= N 齒輪傳動系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中，為了有效地減少齒面摩擦和磨損，提高齒輪工作壽命，需要對齒輪進(jìn)行良好的潤滑，輪齒齒面通過潤滑劑接觸時(shí)，輪齒之間以非線性油膜力相互作用。 目前，學(xué)者們運(yùn) 用非線性動力學(xué)理論對考慮齒側(cè)間隙的齒輪 傳動系統(tǒng) 動力學(xué)做了大量的研究 [2]，但 針對考慮潤滑的 齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)的研究 還 比較少 ，所以關(guān)于 考慮潤滑 后齒輪傳動系統(tǒng)的建模、輪齒之間非線性油膜力的計(jì)算 、 考慮潤滑的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)和動力學(xué)穩(wěn)定性以及參數(shù) 對考慮潤滑的齒輪 系統(tǒng)動力學(xué) 響應(yīng) 的影響，都需要進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究 。在良好潤滑狀態(tài)下，輪齒之間形成潤滑油合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 膜，輪齒之間不 再是干接觸，即齒面沒有 直接接觸 時(shí)，由于潤滑劑的作用 ， 齒面之間 通過非線性油膜力相互作用。變速器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度變化比較明顯，所以要考慮溫度效應(yīng)的影響。 國內(nèi) ,華東耕分析了隨機(jī)載荷作用下 輪齒間 油膜厚度的變化趨勢 ,研究表明 在單雙齒嚙合 交替處油膜厚度呈 平穩(wěn)變化 [6]；盧立新等考慮 齒輪傳動重合度對輪齒載荷以及 瞬時(shí) 曲率半徑 和 滑動速度 的影響，對漸開線直齒輪傳動進(jìn)行了分析 [7]；黃靖龍等運(yùn)用彈流潤滑理論，分析了輪齒壓力角對潤滑油膜厚度的影響 [8]；楊萍進(jìn)行了斜齒輪的熱彈流潤滑分析 [9]。Theodossiades 等針對輕載工況下變速器空轉(zhuǎn)敲擊現(xiàn)象，考慮潤滑油膜作用，對 一對 斜齒輪 副和變速箱整體模型 進(jìn)行了動力學(xué)分析，研究了齒輪油膜力和軸承油膜力共同作用下齒輪的動態(tài)響應(yīng)，研究表明流體動力潤滑油膜表現(xiàn)為一時(shí)變非線性彈簧 阻尼元件 [1213]。 劉占生等考慮非線性軸承油膜力 和 時(shí)變嚙合剛度 ，建立齒輪 轉(zhuǎn)子 滑動軸承系統(tǒng)的動力學(xué)模型，研究了兩種強(qiáng)非線性因素共同作用下系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)。 De la Cruz 等 針對變速器空轉(zhuǎn)敲擊振動，考慮熱效應(yīng)，對變速器齒輪進(jìn)行了熱流體動力學(xué)分析；并討論了輪齒間潤滑為混合潤滑情況下變速器系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng) ， 結(jié)果表明 ： 變速箱中非工作常嚙合齒輪副是產(chǎn)生噪聲和振動的主要原因，摩擦和熱損失主要是由于 受載 的嚙合齒輪副 [1819]。 M Y Wang 等為研究變速箱的敲擊振動問題，建立了手動變速箱的扭轉(zhuǎn)振動模型，模型中包含了發(fā)動機(jī)、離合器、飛輪、齒輪軸、受載齒輪和空載齒輪，研究了變速箱在不同檔位下的敲擊振動現(xiàn)象，采用了敲擊振動指標(biāo)比較了不同齒輪對的敲擊振動等級，并開發(fā)出一套軟件用來建立和分析傳動系統(tǒng)模型。 M. Barthod等采用 實(shí) 驗(yàn)方法研究了由發(fā)動機(jī)非周期激勵的波動造成的變速箱敲擊振動噪聲，設(shè)計(jì)了一個(gè)包含簡化的變速箱的試驗(yàn)臺，在輸入軸上加入多諧波 ，提出了判斷敲擊振動界限和評價(jià)敲擊振動噪聲的指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果表明隨著齒側(cè)間隙增加，敲擊振動的閾值和振動噪聲等級增大，當(dāng)敲擊振動發(fā)生時(shí)，增大激勵頻率和幅值會增大敲擊振動 [23]。 隨著非線性動力學(xué)研究的進(jìn)展，一些學(xué)者開始利用非線性理論研究齒輪的敲擊現(xiàn)象。楊建軍等針對齒輪敲擊振動系統(tǒng)的非光滑特性 ， 利用切換映射的分析方法建立 了 碰撞前后的映射 關(guān)系，給出齒輪敲擊振動系統(tǒng)的 Lyapunov指數(shù)的計(jì)算方法，使用相圖、碰撞面上的速度分岔圖和 Lyapunov 指數(shù)圖，分析了系統(tǒng)隨參數(shù)變化的動力學(xué)特性 [31]。 由于潤滑會對變速箱的振動噪聲產(chǎn)生影響，所以一些學(xué)者開始考慮潤滑的影響，分析考慮潤滑后齒輪傳動系統(tǒng)的建模以及潤滑對變速箱敲擊振動的影響 ， 如O. Tangasawi 等建立考慮 輪齒間 非線性油膜 作用 力的變速箱動力學(xué)模型，分析 了 不同檔位齒輪的敲擊振動現(xiàn)象 [17]。 Younes Kadmiri 等建立了非線性模型來描述變速箱的敲擊振動現(xiàn)象， 模型中包含設(shè)計(jì)參數(shù)、用來描述油膜擠壓阻尼效應(yīng)的恢復(fù)系數(shù)和輪齒的彈性變形，恢復(fù)參數(shù)和驅(qū)動力矩由實(shí)驗(yàn)確定，提出了一個(gè)無量綱參數(shù)來描述敲擊振動大小 [36]。 論文主要內(nèi)容 本文在考慮 齒側(cè)間隙、 齒輪 重合度和 時(shí)變嚙合剛度的基礎(chǔ)上，針 對直齒輪和斜齒輪，建立 考慮潤滑的齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型， 對系統(tǒng)的動力穩(wěn)定性和參數(shù)對 系統(tǒng) 動力學(xué)響應(yīng)的影響進(jìn)行了分析；并 以 上述模型 為基礎(chǔ) ，對計(jì)入溫度效應(yīng)的斜 齒輪 傳動 系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，探討溫度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。 (4) 綜合考慮溫度對齒側(cè)間隙和潤滑劑粘度的影響，建立 計(jì)入 溫度效應(yīng)的 齒輪傳動 動力學(xué)模型， 利用分岔圖 分析溫度對系統(tǒng)穩(wěn)定性 的影響，并計(jì)算不同設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)溫度對齒輪 傳動特性 、敲擊振動和系統(tǒng) 功率損耗 的影響， 明確溫度 對 齒輪傳動系統(tǒng)動力 學(xué)行為的影響機(jī)制 ，并為變速箱齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)提供參考 。 對于考慮潤滑的變速器齒輪傳動系統(tǒng)， 輪齒間作用力計(jì)入 油膜 阻尼 力， 并考慮 齒側(cè)間隙、 時(shí)變嚙合剛度和齒輪 重合度， 利用集中質(zhì)量法 建立直齒輪傳動系統(tǒng)的 兩自由度 動力學(xué) 模型 ， 并對齒輪 傳動 過程進(jìn)行幾何分析， 采用改進(jìn)的 Newmark 方法進(jìn)行數(shù)值求解， 利用 系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間歷程圖、功率譜圖、相圖和 Poincare 截面圖 分析 系統(tǒng) 的動態(tài) 特性 ； 計(jì)算系統(tǒng)的 Lyapunov 指數(shù)，得到系統(tǒng) 動力學(xué) 穩(wěn)定性 隨 參數(shù)的變化； 并計(jì)算齒輪敲擊振動指標(biāo)和 系統(tǒng) 功率損耗 的大小，分析潤滑劑粘度、齒側(cè)間隙、 齒輪 轉(zhuǎn)速等因素對系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響 ?？紤]輪齒間潤滑劑的運(yùn)動，結(jié)合 Reynolds 方程和潤滑邊界條件，即可求得油膜力的表達(dá)式。 輪齒間作用力模型確定后， 接著 對直 齒輪系統(tǒng) 進(jìn)行動力學(xué)建模 。 綜合曲率半徑 半徑 req 為 12eqr ??? ? () 式中， ρ1和 ρ2分別為主動輪和從動輪的瞬時(shí)嚙合 曲率 半徑。 由于齒輪在轉(zhuǎn)動時(shí)和輸出軸之間形成油膜，齒輪 受到流體粘滯力矩 的作用 ，此粘滯力矩 可由 Petrov 摩擦定律 [42]得到： 31 shp slrT c???? () 合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 12 式 中， l1為齒輪軸孔與齒輪軸的接觸長度， rsh 為齒輪的軸孔半徑， cs 為齒輪軸與軸孔之間的間隙。 2 考慮潤滑的直齒輪傳動系統(tǒng)建模分析 13 圖 齒面接觸和齒背接觸模型 Fig The model of gear face contact and gear back contact 圖 齒面接觸時(shí)的幾何模型 Fi