简论啮合汽车变速器齿轮传动系统非线性动力学特性如何

摘要：汽车变速器是汽车动力传动系统中的关键部件之一,其工作性能的优劣直接影响到汽车的各项性能指标,随着汽车工业的不断进展,对变速器载荷、速度及其振动特性等性能提出了更高的要求。齿轮传动系统是变速器的核心部件,在其他工业领域中也发挥着举足轻重的作用。由此,探讨变速器齿轮传动系统动力学特性,确保系统正常、安全运转,降低设备的维修费用具有十分重要的作用。汽车变速器齿轮传动系统本质上是一个时变参数与间隙非线性共存的多自由度非线性系统,它所描述的齿轮系统动力学行为具有自身的复杂性。本论文以某型汽车变速器为基本探讨对象,结合齿轮动力学、转子动力学、传递矩阵法、材料力学、浅析力学、论述力学、非线性振动、随机振动及混沌动力学等论述和技术,对齿轮传动系统的固有模态的求解、参数对系统振动特性的影响、运转状态识别和预测、动力学特性的浅析等多方面不足进行了探讨。主要工作如下：(1)通过推导模型的内力方程,综合考虑弯、扭、剪切变形耦合及陀螺力矩的影响,提出适用于齿轮传动系统的典型部件的各向异性传递矩阵表达式,扩展了运用范围；将汽车变速器齿轮传动系统简化为集中参数模型,利用整体传递矩阵法求解出该系统的固有频率和振型,并与有限元策略的计算结果进行比较,验证了该策略的正确性。(2)基于汽车变速器齿轮传动系统盘轴截面变化不大的特点,运用集总参数法获得变速器齿轮传动系统非线性动力学模型,计算其线性模态,并比较了采取有限元法的该模型的固有频率及振型；此外,采取有限元法计算忽略轴向窜动的简化模型的固有频率,并与整体传递矩阵法的结果进行比较；以上浅析结论为齿轮系统非线性不足的探讨奠定了基础。(3)采取有限元等策略计算并推导出斜齿轮非线性动态啮合力的函数表达式,利用拉格朗日方程、柔度系数等策略,建立非对称弹性支承,两端具有集中质量,轴段具有不同抗弯刚度、抗扭刚度,考虑齿侧间隙-时变刚度的斜齿轮传动系统动力学微分方程；重点讨论了时变啮合刚度参数振动的影响,浅析了齿侧间隙强非线性下的动力学行为,提取典型特点,为故障诊断提供依据；讨论了工作转速下结构参数的影响,校核变速器齿轮传动系统实际运转的可靠性。(4)建立汽车变速器三档斜齿轮副有限元动力学模型,探讨了齿轮啮合历程中的应力、应变及运动特点量分布特点；绘制出齿轮啮合历程中的时变啮合力曲线,提取了该曲线的频率成分；比较齿侧间隙故障情况下和正常啮合情况下的啮合力曲线,得到两种不同情况下啮合力的变化特点,提取出故障特点,为判断齿侧间隙故障的发生提供依据。关键词：汽车变速器论文齿轮论文非线性论文齿侧间隙论文时变啮合刚度论文

摘要5-7

Abstract7-11

第1章 绪论11-18

1.1 选题的背景及作用11-12

1.2 汽车变速器齿轮传动系统国内外探讨近况12-16

1.2.1 齿轮传动系统模态探讨近况12-13

1.2.2 齿轮传动系统非线性响应探讨近况13-15

1.2.3 齿轮传动有限元动力学响应探讨近况15-16

1.3 论文的主要探讨内容16-18

第2章 基于整体传递矩阵法的变速器齿轮传动系统模态浅析18-33

2.1 引言18

2.2 整体传递矩阵法18-20

2.3 齿轮传动系统典型部件的传递矩阵20-24

2.3.1 带支承的刚性薄圆盘传递矩阵20-22

2.3.2 无质量等截面弹性轴段的传递矩阵22-23

2.3.3 斜齿轮传递矩阵23-24

2.4 变速器齿轮传动系统的离散化24-28

2.5 模态求解28-32

2.6 本章小结32-33

第3章 变速器齿轮传动系统非线性模型的建立与讨论33-42

3.1 引言33

3.2 齿轮传动系统非线性动力学模型的建立33-34

3.3 集中参数模型有限元模态浅析34-37

3.4 连续体模型有限元模态浅析37-38

3.5 结果浅析与讨论38-41

3.6 本章小结41-42

第4章 变速器齿轮传动系统非线性动力学特性浅析42-66

4.1 引言42

4.2 斜齿轮传动系统动力学方程的建立42-47

4.2.1 齿轮轴转子系统动能43-44

4.2.2 齿轮轴转子系统势能44

4.2.3 斜齿轮传动系统耗散函数表达式44-45

4.2.4 偏心激励表达式45

4.2.5 斜齿轮传动系统动力学方程45-47

4.3 斜齿轮非线性动力学方程47-52

4.3.1 时变啮合刚度及其曲线的拟合47-50

4.3.2 齿侧间隙振-冲模型50

4.3.3 齿轮非线性动态啮合力50-52

4.4 斜齿轮传动系统非线性动力学响应浅析52-64

4.4.1 时变啮合刚度非线性情况53-57

4.4.2 齿侧间隙非线性情况57-64

4.5 本章小结64-66

第5章 基于LS-DYNA的变速器齿轮传动系统有限元动力学仿真浅析66-74

5.1 引言66

5.2 LS-DYNA论述基础66-68

5.3 斜齿轮副动力学响应计算68-73

5.3.1 建立三档斜齿轮副几何模型68-69

5.3.2 建立齿轮副有限元浅析模型69-70

5.3.3 求解70

5.3.4 结果浅析与讨论70-73

5.4 本章小结73-74

第6章 结论与展望74-77

6.1 结论74-75

6.2 本论新点75

6.3 展望75-77