[发明专利]基础摆动条件下人字齿轮系统动态响应计算方法

说明书

本发明公开了基础摆动条件下人字齿轮系统动态响应计算方法，涉及动力学分析技术领域，模型建立过程中考虑到了三种激励的作用，分别为：人字齿轮时变啮合刚度激励；滑动轴承非线性油膜力激励；基础摆动条件下系统产生的陀螺效应和牵连惯性力。同时本发明通过结合Newmark法和Newton‑Raphson法的方法来对此多激励耦合动力学方程求解。本发明的方法在保留人字齿轮系统特性的基础上，尽量简化模型，使用集中质量法可以保证较快速的对基础摆动条件下滑动轴承支承的人字齿轮系统进行计算分析。

技术领域

本发明涉及动力学分析技术领域，特别是涉及基础摆动条件下人字齿轮系统动态响应计算方法。

背景技术

齿轮传动系统动力学是研究动态激励下齿轮系统(包括齿轮、转子和支承等)的动态特性的科学。近年来，随着我国加快建设海洋强国战略的不断深入，对舰载设备进一步研究的需求日益迫切。众所周知，由滑动轴承支承的人字齿轮传动系统在舰船上具有广泛的应用，其运行的低噪声、稳定性、安全性和可靠性对相应的机械设备非常重要。因此在基础摆动条件下研究滑动轴承支承人字齿轮系统动态响应具有十分重要的意义。

目前对基础摆动条件下滑动轴承支承的人字齿轮传动系统动力学的研究还较为不足。其主要表现为以下三点：一、在齿轮传动系统运转过程中，由于内、外部激励的激烈作用，会不断改变滑动轴承间隙内润滑膜的状态和行为，润滑膜将反过来影响齿轮系统的动态特性。目前在齿轮传动系统的研究中，滑动轴承的支承作用通常会被简化为八参数的定刚度、定阻尼模型，而滑动轴承润滑油膜的支承作用是十分复杂的，尤其是在复杂的工况下，传统的定刚度模型不能完全反应滑动轴承的动态特性，目前急需在齿轮系统中准确计入滑动轴承非线性油膜力的作用，相关的文献还鲜有报导；二、在现有考虑滑动轴承油膜特性的齿轮系统动力学研究中，大部分文献的研究对象都是直齿轮副，关于由滑动轴承支承的人字齿轮传动的系统研究很少，而船用齿轮传动系统主要是人字齿轮，有必要直接研究人字齿轮的动力学行为；三、基础在运动过程中，不可避免的要产生摆动运动，其动态激励会通过基础传递给滑动轴承，进而传递给人字齿轮传动系统，对齿轮传动系统动力学行为及轴承安全产生复杂的影响，而现有研究通常忽略掉基础摆动的影响。

发明内容

本发明实施例提供了基础摆动条件下人字齿轮系统动态响应计算方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了基础摆动条件下人字齿轮系统动态响应计算方法，包括以下步骤：

建立基础摆动坐标系，计算该坐标系中的主动轮轴系的总动能，并以该总动能为基础建立主从动轮轴系的摇摆运动微分方程；

将轴划分为多个空心圆柱体轴段，分别计算每个轴段的质量和转动惯量，最后得到整个主动轮轴系和从动轮轴系的质量和转动惯量；

分别计算齿轮的输入输出扭矩和齿轮副的啮合刚度、啮合阻尼，根据计算得到的齿轮副的质量和转动惯量、齿轮的输入输出扭矩、齿轮副的啮合刚度、啮合阻尼，以及主从动轮轴系的摇摆运动微分方程建立齿轮啮合单元动力学方程；

采用Capone油膜力模型计算人字齿轮系统滑动轴承的油膜力；

结合齿轮啮合单元动力学方程、人字齿轮系统滑动轴承的油膜力以及人字齿轮系统受到的重力，建立基础摆动条件下滑动轴承支承人字齿轮系统的动力学方程；

采用Newmark法和Newton-Raphson法相结合的动力学方法求解基础摆动条件下滑动轴承支承人字齿轮系统的动力学方程，得到基础摆动条件下人字齿轮系统的动态响应。