新型Hy-Vo齿形链的刚柔耦合接触动力学分析及试验研究

论文摘要

新型Hy-Vo齿形链作为机械传动领域中的一种复杂高端产品系列，是在跨越了常规链传动技术的基础上所形成的学科与行业的前沿研究领域，特别是在高速、重载、低噪声、大中心距的工况下，由于具有变节距和内外复合啮合的双重效应，因而其传动性能优于同步带传动、齿轮传动以及滚子链传动，已成为众多主机厂家首选动力传动形式之一。本文在国家高技术研究发展计划（863计划）《基于复杂多元变异的Hy-Vo链数字化设计方法研究及平台开发》项目（2009AA04Z109）的支持下，针对某款新型Hy-Vo齿形链系统进行刚柔耦合接触动力学的深入研究，并开展噪声特性和磨损特性的试验研究。论文首先着重说明了新型Hy-Vo齿形链传动的应用前景及研究意义，指出了目前齿形链研究存在的若干问题，综述了齿形链传动方向的国内外研究现状，介绍了多体动力学及刚柔耦合动力学的发展历史及现状和相关理论及算法。本文利用多体动力学和现代接触动力学方法，建立了新型Hy-Vo齿形链传动的接触动力学仿真模型，真实地模拟分析了新型Hy-Vo齿形链在传动过程中各链板与链轮、链板与销轴、销轴与销轴之间的接触力的变化规律。利用刚柔耦合动力学技术，分析了柔性链板和柔性销轴的动态接触应力变化规律，找到了内外复合啮合机制链板的齿廓内侧和齿廓外侧分别与链轮啮合的接触区域随时间变化的规律，进而分析了链板齿廓内侧和齿廓外侧与链轮啮合的衔接过程。论文在自主开发的自动变速、自动加载的链条噪声测试试验台上进行了Hy-Vo齿形链传动噪声试验。利用AWA6290A实时噪声分析仪分别研究了不同转速条件下链传动的噪声频谱特性。在封闭力流式高速磨损试验台上进行了链条磨损试验，得出了链条的磨损伸长量及磨损伸长率曲线，观察并分析了链板及销轴表面的磨损形貌。本文中的刚柔耦合接触动力学分析方法对其他链传动的接触分析、齿轮副的接触分析、链式无级变速器的分析具有重要的借鉴意义和参考价值。论文中研究的新型Hy-Vo齿形链目前已经应用到汽轮机、高精磨床、汽车变速箱等机器设备的动力传动装置上。本文的研究成果具有重要的学术价值与工程实用意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 齿形链的应用领域
• 1.1.2 齿形链研究存在的问题
• 1.1.3 仿真分析的作用
• 1.2 链传动仿真分析国内外研究现状
• 1.2.1 齿形链传动的静力学分析
• 1.2.2 ADAMS 的动力学分析
• 1.2.3 RecurDyn 和 AVL 及其他动力学分析
• 1.2.4 刚柔耦合分析在机械领域的发展状况
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 多体动力学分析理论
• 2.1 多体动力学简介
• 2.2 刚柔耦合动力学介绍
• 2.3 软件 RecurDyn 及算法介绍
• 2.3.1 两相邻柔性体的相对坐标运动
• 2.3.2 正向递归算法
• 2.3.3 反向递归算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 Hy-Vo 齿形链的刚柔耦合接触动力学分析
• 3.1 Hy-Vo 齿形链仿真模型的建立
• 3.1.1 Hy-Vo 齿形链系统的简化
• 3.1.2 各零件的几何模型
• 3.1.3 链板和销轴的网格划分
• 3.1.4 Hy-Vo 齿形链传动动力学模型的建立
• 3.2 内外复合啮合链板的接触动态特性分析
• 3.2.1 链板的接触力分析
• 3.2.2 链板的动态接触应力分析
• 3.3 销轴的接触动态特性分析
• 3.3.1 销轴的接触力分析
• 3.3.2 销轴的动态接触应力分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Hy-Vo 齿形链的噪声试验研究
• 4.1 噪声评价参数
• 4.2 噪声的测量与分析理论
• 4.3 试验规范
• 4.3.1 试验台
• 4.3.2 噪声测试仪
• 4.3.3 试验链条及链轮
• 4.3.4 链条运行工况
• 4.3.5 噪声测量环境与测点的选择
• 4.4 试验测量结果及分析
• 4.4.1 背景噪声的测量结果
• 4.4.2 主动链轮转速对噪声的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 Hy-Vo 齿形链的磨损试验研究
• 5.1 磨损理论
• 5.2 试验规范
• 5.2.1 试验台
• 5.2.2 链条中心距测量仪
• 5.2.3 测试的链条及链轮
• 5.2.4 链条运行工况
• 5.2.5 伸长量测量的要求
• 5.3 链条中心距测量结果及分析
• 5.4 磨损形貌
• 5.4.1 工作链板
• 5.4.2 异型销轴
• 5.4.3 磨损表面微观形貌
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介及在硕士期间所取得的科研成果
• 致谢