齿面摩擦对船用人字齿轮弯扭轴摆耦合非线性幅频特性的影响
Effect of Tooth Surface Friction on Bending Torsional Axial Pendular Coupling Nonlinear Amplitude Frequency Characteristic of Marine Herringbone Gear
- 机械传动 2022年46卷第5期 页码：9-16
- 作者机构：
1.西安工业大学 机电工程学院， 陕西 西安 710021
- 作者简介：
张颢秦（1995— ），男，陕西西安人，硕士研究生；研究方向为机械传动学。
董皓（1985— ），男，陕西西安人，博士，副教授，博士研究生导师；研究方向为机械传动学。
- 基金信息：国家自然科学基金(51705390┫陕西省创新能力支撑计划┣2020KJXX-016)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.05.002
中图分类号：
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张颢秦,董皓,王理邦等.齿面摩擦对船用人字齿轮弯扭轴摆耦合非线性幅频特性的影响[J].机械传动,2022,46(05):9-16.
Zhang Haoqin,Dong Hao,Wang Libang,et al.Effect of Tooth Surface Friction on Bending Torsional Axial Pendular Coupling Nonlinear Amplitude Frequency Characteristic of Marine Herringbone Gear[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(05):9-16.
张颢秦,董皓,王理邦等.齿面摩擦对船用人字齿轮弯扭轴摆耦合非线性幅频特性的影响[J].机械传动,2022,46(05):9-16. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.05.002.
Zhang Haoqin,Dong Hao,Wang Libang,et al.Effect of Tooth Surface Friction on Bending Torsional Axial Pendular Coupling Nonlinear Amplitude Frequency Characteristic of Marine Herringbone Gear[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(05):9-16. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.05.002.
摘要
为了更加精确地分析船用人字齿轮传动系统的非线性幅频特性，综合考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差、外载激励以及中间轴段与弹性支撑等因素，采用集中质量参数法，建立了24自由度船用人字齿轮传动系统的弯-扭-轴-摆耦合非线性动力学模型，推导了系统的非线性动态微分方程。模型中采用弹流润滑理论，计算了齿面摩擦因数、摩擦力及摩擦力矩；采用Runge-Kutta数值法对微分方程进行求解，获得了齿面摩擦影响下的无量纲频率系统相图及时间历程图，分析了齿面摩擦对系统非线性频响特性的影响。结果表明，齿面摩擦抑制了人字齿轮副沿啮合线方向的振动，但不改变齿轮的啮合状态；在频率0~0.89的低频段及频率1.42~2的高频段，齿面摩擦对振动幅值的阻尼作用不可忽略，在无量纲啮合频率0.95~1.23的非稳态共振区，齿面摩擦的阻尼作用并不明显。为船用人字齿轮减振降噪性能的研究提供了理论依据。
Abstract
In order to analyze the nonlinear amplitude frequency characteristics of marine herringbone gear transmission system more accurately， the factors such as tooth surface friction， time-varying meshing stiffness， backlash， comprehensive transmission error， external load excitation， intermediate shaft section and elastic support are comprehensively considered， a bending torsional axial pendular nonlinear dynamics model of 24-DOF marine herringbone gear transmission system is established based on the lumped mass parameter method， and the nonlinear dynamic differential equations of the system are derived. In the model， the friction coefficient， friction force and friction moment are calculated by using the elastohydrodynamic lubrication theory. The Runge-Kutta numerical method is used to solve the differential equation. The phase diagram and time history diagram of the non-dimensional frequency system under the influence of tooth surface friction are obtained. The influence of tooth surface friction on the nonlinear frequency response characteristics of the system is analyzed. The results show that the tooth surface friction suppresses the vibration of the herringbone gear pair along the meshing line， but does not change the meshing state of the gear; in different meshing frequency range， low frequency range of 0~0.89 and high frequency range of 1.42~2， the damping effect of tooth surface friction on vibration amplitude cannot be ignored. In the non-stationary resonance range of dimensionless meshing frequency of 0.95~1.23， the damping effect of tooth surface friction is not obvious. It provides a theoretical basis for the study of vibration and noise reduction performance of herringbone gears.
关键词
人字齿轮齿面摩擦非线性弯扭轴摆幅频
Keywords
Herringbone gearTooth surface frictionNonlinearBending torsional axial pendularAmplitude frequency
references
袁冰，常山，刘更，等.考虑齿距累积误差的人字齿轮系统动态特性分析［J］.振动与冲击，2020，39（3）：120-126.
YUAN Bing，CHANG Shan，LIU Geng，et al.Dynamic characteristics of a double helical gear system considering accumulation pitch error［J］.Journal of Vibration and Shock，2020，39（3）：120-126.
刘更，南咪咪，刘岚，等.摩擦对齿轮振动噪声影响的研究进展［J］.振动与冲击，2018，37（4）：35-41.
LIU Geng，NAN Mimi，LIU Lan，et al.A review on tribodynamics and friction noise of gears［J］.Journal of Vibration and Shock，2018，37（4）：35-41.
HE S，GUNDA R，SINGH R.Inclusion of sliding friction in contact dynamics model for helical gears［J］.Journal of Mechanical Design，2007，129（1）：48-57.
LIU C Z，QIN D T，LIAO Y H.Dynamic model of variable speed process for herringbone gears including friction calculated by variable friction coefficient［J］.Journal of Mechanical Design，2014，136（4）：11-12.
邹玉静，庞峰，樊智敏.渐开线斜齿轮传动摩擦动力学耦合研究［J］.机械工程学报，2019，55（3）：109-119.
ZOU Yujing，PANG Feng，FAN Zhimin.Coupling research on dynamical behavior and elastohydrodynamic lubrication property of helical gear［J］.Journal of Mechanical Engineering，2019，55（3）：109-119.
张靖，陈兵奎，康传章，等.计及齿面摩擦的直齿轮动力学分析［J］.振动与冲击，2012，31（21）：126-132.
ZHANG Jing，CHEN Bingkui，KANG Chuanzhang，et al.Dynamic analysis for spur gears considering friction effect［J］.Journal of Vibration and Shock，2012，31（21）：126-132.
陆凤霞，王浩飞，朱如鹏，等.基于齿面摩擦的人字齿轮副动力学特性分析［J］.振动与冲击，2016，35（9）：204-212.
LU Fengxia，WANG Haofei，ZHU Rupeng，et al.Dynamic characteristics analysis of double helical gear pairs considering teeth surface sliding friction［J］.Journal of Vibration and Shock，2016，35（9）：204-212.
尹桩，苟向锋，朱凌云.考虑齿面冲击及摩擦的单级齿轮系统动力学建模及分析［J］.振动工程学报，2018，31（6）：974-983.
YIN Zhuang，GOU Xiangfeng.ZHU Lingyun.Dynamic modeling and analysis of single-stage gear system considering tooth surface impact and friction［J］.Journal of Vibration Engineering，2018，31（6）：974-983.
温芳，党海钊，蔡敢为，等.含摩擦的椭圆齿轮非线性动态特性分析［J］.机械传动，2021，45（5）：107-113.
WEN Fang，DANG Haizhao，CAI Ganwei，et al.Analysis of nonlinear dynamic characteristic of elliptic gear with friction［J］.Journal of Mechanical Transmission，2021，45（5）：107-113.
王明凯，樊智敏.双渐开线齿轮传动摩擦动力学分析［J］.机械传动，2020，44（6）：126-133.
WANG Mingkai，FAN Zhimin.Analysis of friction dynamics of double involute gear transmission［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（6）：126-133.
菅光霄，王优强，罗恒，等.齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究［J］.机械传动，2020，44（2）：22-27.
JIAN Guangxiao，WANG Youqiang，LUO Heng，et al.Study on the coupling of gear dynamics and elastohydrodynamic lubrication［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（2）：22-27.
刘晓洁，张瑞亮，张至宇.齿面摩擦对双圆弧齿轮动力学特性影响的研究与试验［J］.机械传动，2019，43（11）：25-31.
LIU Xiaojie，ZHANG Ruiliang，ZHANG Zhiyu.Research and test of the effect of tooth surface friction on dynamics characteristic of double circular arc gear［J］.Journal of Mechanical Transmission，2019，43（11）：25-31.
XU H，KAHRAMAN A，ANDERSON N E，et al.Prediction of mechanical efficiency of parallel-axis gear pairs［J］.Journal of Mechanical Design，2007，129（1）：58-68.
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