齿轮传动系统刚柔耦合建模及载荷特性研究.pptxVIP

汇报人:

2024-01-29

齿轮传动系统刚柔耦合建模及载荷特性研究

目

录

CONTENCT

齿轮传动系统概述

刚柔耦合建模方法

载荷特性分析方法

刚柔耦合建模与载荷特性关系研究

实验验证与结果分析

结论与展望

01

齿轮传动系统概述

定义

分类

齿轮传动系统是利用齿轮的啮合来传递运动和动力的一种机械传动方式。

根据齿轮的轴线相对位置，齿轮传动系统可分为平行轴、相交轴和交错轴三种类型。

啮合原理

传动比

效率

通过主动齿轮与从动齿轮的啮合，实现运动和动力的传递。

主动齿轮与从动齿轮的齿数比决定了传动比，即输出转速与输入转速的比值。

齿轮传动系统在传递过程中会存在能量损失，效率表示输出功率与输入功率的比值。

01

02

03

04

工业领域

农业领域

交通运输领域

其他领域

齿轮传动系统是汽车、火车、飞机等交通工具中不可或缺的一部分，用于实现动力的传递和速度的变换。

在农业机械中，齿轮传动系统也发挥着重要作用，如拖拉机、收割机等。

齿轮传动系统广泛应用于各种机械设备中，如机床、汽车、船舶、飞机等。

在能源、建筑、冶金等领域中，齿轮传动系统也有着广泛的应用。

02

刚柔耦合建模方法

刚柔耦合建模是指同时考虑系统中刚性体和柔性体相互作用的建模方法。

该方法能够更准确地模拟系统的实际运动状态，提高仿真精度。

在齿轮传动系统中，刚柔耦合建模对于研究齿轮的载荷特性、振动噪声等问题具有重要意义。

有限元法是一种数值分析方法，适用于复杂结构的力学分析。

在刚柔耦合建模中，有限元法可用于柔性体的离散化和刚度矩阵、质量矩阵的求解。

通过将齿轮传动系统中的柔性体（如齿轮、轴等）进行有限元离散化，可以更准确地模拟其变形和运动状态。

多体动力学是研究多体系统运动规律的科学，适用于复杂机械系统的动力学分析。

在刚柔耦合建模中，多体动力学可用于建立系统中各部件之间的运动学和动力学关系。

通过将齿轮传动系统中的刚性体和柔性体进行多体动力学建模，可以模拟系统的整体运动状态和部件之间的相互作用。

01

02

03

除了有限元法和多体动力学方法外，还有一些其他的建模方法可用于刚柔耦合建模。

例如，边界元法、无网格方法等数值分析方法也可用于柔性体的离散化和求解。

此外，一些商业软件也提供了专门的刚柔耦合建模模块，方便用户进行建模和仿真分析。

03

载荷特性分析方法

齿轮传动系统中的载荷特性是指齿轮在传动过程中所承受的载荷大小、方向、变化规律等特性。

载荷特性概念

齿轮载荷特性受到多种因素的影响，如齿轮几何参数、传动比、转速、润滑条件、制造误差、安装误差等。

影响因素

基于力学原理的分析方法

通过受力分析、力矩平衡等力学原理，建立齿轮传动系统的静力学模型，进而求解齿轮的静态载荷特性。

基于有限元法的分析方法

利用有限元法建立齿轮的精细化模型，考虑齿轮的几何形状、材料属性等因素，对齿轮进行静态载荷分析。

基于振动理论的分析方法

通过建立齿轮传动系统的振动模型，分析齿轮在动态激励下的振动响应，进而求解齿轮的动态载荷特性。

基于多体动力学的分析方法

利用多体动力学理论建立齿轮传动系统的动力学模型，考虑齿轮副之间的动态相互作用，对齿轮进行动态载荷分析。

通过对实际齿轮传动系统进行载荷测试，获取齿轮在不同工况下的载荷数据，进而编制齿轮的载荷谱。

基于实测数据的编制方法

利用仿真软件对齿轮传动系统进行动态仿真分析，获取齿轮在不同工况下的动态载荷数据，进而编制齿轮的载荷谱。

基于仿真分析的编制方法

04

刚柔耦合建模与载荷特性关系研究

80%

80%

100%

齿轮传动系统中，各部件刚度分布不均会导致载荷传递不均匀，产生局部过载现象。

在传动过程中，齿轮等部件的柔性变形会改变接触状态和啮合刚度，进而影响载荷特性。

刚柔耦合建模考虑了系统的动态效应，如振动、冲击等，这些动态因素会对载荷特性产生显著影响。

刚度分布不均

柔性变形

动态效应

齿轮参数

轴系结构

负载工况

轴系结构对刚柔耦合建模的载荷特性也有显著影响，需考虑轴的刚度、轴承支撑方式等因素。

不同负载工况下，刚柔耦合建模的载荷特性表现不同，需针对不同工况进行建模分析。

不同齿轮参数（如模数、齿数、压力角等）会影响刚柔耦合建模的载荷特性，需通过对比分析确定最优参数组合。

优化齿轮设计

增强轴系刚度

引入弹性支撑

控制策略优化

通过优化齿轮参数和齿形设计，提高齿轮的承载能力和传动效率。

通过采用高强度材料、增加轴径、优化轴承布局等方式提高轴系刚度，降低振动和噪声。

在关键部位引入弹性支撑结构，如橡胶隔震支座等，以减小动态载荷对系统的影响。

针对特定工况和负载要求，制定相应的控制策略，如变速、变载等，以优化载荷特性。

05

实验验证与结果分析

为了验证齿轮传动系统刚柔耦合模型的准确性和有效性，设计了一套完整的实验方案，包括实验装