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机械齿轮传动系统的振动特性研究摘要:随着科学技术的不断发展,机械工业面貌日新月异,机械的运转速度越来越高,因此人们对机械产品的动态性能提出了愈来愈高的要求。齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一种也是机械传动的重要组成部分,在国民经济建设中起着举足轻重的作用。在航空、船舶、汽车等领域中,其重要性尤为突出。齿轮变速箱主要由箱体、轴承、传动轴和齿轮构成,有关研究表明,变速箱是拖拉机的主要噪声源之一,变速箱的噪声主要由箱中的传动齿轮产生。关键词:齿轮;传动系统;振动特性 1齿轮传动振动国内外研究概况研究表明:机械的振动和噪声,其中大部分来自齿轮传动工作时产生的振动,因此机械传动中对齿轮动态性能的要求就更为突出。要满足这一要求,人们开始把越来越多的注意力转向齿轮传动的动态性能研究。具体地说, 就是研究齿轮传动系统的动载荷、振动和噪声的机理、计算和控制。就需要从振动角度来分析齿轮传动装置的运转情况,并按动态性能最佳的目标进行设计。为了解决上述问题,以研究齿轮传动和噪声特性为主要内容的齿轮动力学十多年来得到了较广泛的重视和研究,日本机械工程学会 1986年对齿轮实际调查与研究表明,评价齿轮高性能化的前两项分别为低噪声和低振动。 1992年在美国机械工程协会主办的第六届机械传动国际学术会议(6th Intenational Power Transmission and Geartng Conference)上,齿轮动力学研究得到了普遍的重视,宣读论文占总数的21%,列发表论文数的第一位,突出表明了齿轮传动向高速、重载方向发展后,其动力学研究的紧迫性。中国于1984年成立了机械工程学机械传动分会齿轮动力学会组,并成功地举行了三次全国齿轮动力学学术会议, 促进了我国学者在这一领域内的发展。对于齿轮轮齿的误差激励,早在1958 年,Harris就认为它是引起齿轮振动的三种主要内部激励之一。20世纪70年代许多学者 (W.D.Mark,A.W.Lee,D.B.Welbowrn等)研究过传递误差的统计性质及其对齿轮振动和噪声的影响。其中T.Tobe研究过齿轮动载荷的统计特性,首先建立了直齿轮系统的非线性 Fokker-Planck方程,并由此推出了矩方程, 然后用统计线性化方法求解,从而得到响应的前二阶矩。在分析中,他们把静传递误差分解为确定性分量和随机分量,并将随机分量表示成"经滤波的白噪声"。1985年,A.S.Kumar 等分析了直齿轮动载系数的统计特性,随机输入是传递误差,处理成经时不变的成形滤波器滤波的高斯白噪声。推出了等效离散时间状态方程和均值,方差波动方程,以确定啮合位置随机误差幅值和运转速度等对动载系数均值和方差的影响。 2齿轮传动动态特性研究现状齿轮传动动态特性的研究大体上可分为两大部分:齿轮传动系统振动特性的研究和齿轮结构振动的研究。 2.1齿轮传动系统振动特性的研究齿轮传动系统振动的主要激励为随时间变化的啮合刚度、齿轮误差和不稳定载荷,它是一个参数自激振动系统,齿轮传动的振动包括径向、周向和轴向的振动。关于直齿轮刚度计算已有比较成熟的Weber-Banaschek公式由于斜齿轮接触线沿齿宽是倾斜的,因此在计算斜齿轮啮合刚度时,首先需要研究斜齿轮的载荷分布及轮齿变形。受计算手段的限制,早期的研究是把斜齿轮轮齿假设成由大量独立的法向薄片所组成(即“薄片”理论),各薄片的变形是独立的。建立在这种模型下的斜齿轮载荷分布计算,忽略了各片之间的相互影响进一步的研究是将斜齿简化成一刚性或弹性夹持的悬臂扳。由于悬臂扳几何形状与轮齿相差较大,因此所得结论很少校用来研究载荷分布,大多以此研究由载荷引起的变形及齿根弯矩。Monch和Roy用冻结法对环氧树脂齿轮的载荷分布做了光弹性实验。Conry和Seireg用线性规划技术计算了斜齿轮接触线上的载荷分布,其轮齿变形被分成弯曲变形,接触变形支承变形等,用材料力学和赫兹变形公式计算各变形分量。Mathis和Simon用三维有限元研究了斜齿轮的载荷分布和变形。Nicmann和 BhthBe及Nicmann和winter是将接触线的总长度变化用来估计齿轮的刚度波动。著名齿轮动力学专家、日本东京工业大学Umezawa用齿轮的有限差分模型对斜齿轮沿接触线的裁荷分布等作了理论分析后,对一对有限齿宽齿轮的载荷分布和啮合刚度特性进行了一系列的研究,并根据齿轮端面重合度εα和轴面重合度 εg的大小判断齿轮啮合刚度波动的幅值(即计算振动幅)大小。由于Umezawa是通过一等效悬臂梁的有限差分模型总结出的斜齿变形公式,因而对它的研究尚无法考虑齿轮结构尺寸的影响。 Umezawa通过实验和仿真计算研究认为在相同误差情况下,端面重合度εα和轴面重合度εg相同的齿轮副的振动水平是一样的在国内,齿轮系统动态方程求解的方法主要有状态空间法、复富氏系数法和富氏级数 (Fourier serics)法。这些方法都不同程度地简化了齿轮传动系统振动特性的求解,保留了系统的参变和整体特性。为了设计出具有良好动态降性和低噪声齿轮传动系统,近年来人们对影响齿轮传动系统动态特性的因素做了不少理论计算和实验研究。采用柔性辐板齿轮结构是降低齿轮传动噪声,提高齿轮传动乎稳性的又一主要措施,Berestnev的实验研究表明,通过改变轮体结构尺寸,可使齿轮的弯曲、接触疲劳强度增加1.2～1.4倍,寿命增加1.5～2倍振动噪声减小6～8dB。国内对钢轮毂、橡胶轮辐的柔性幅板齿轮系统的降噪特性进行了实验研究,结果表明在模数较大的场合,其降噪效果在7dB左右,减振效果为50%,高频噪声可下降6～18dB。 2.2齿轮结构振动的研究齿轮结构固有频率及振型、动态响应和动应力的研究是建立在一般结构振动计算方法基础上的。为了避免共振,防止颤振,或者是研究其响应问题,一般都要求先计算结构的模态,目前在计算结构动力学问题中虽为有效的数值方法是有限单元法。然而,随着结构日益复杂化、大型化的发展,使人们不得不将眼光放在各种节省计算内存的求解方法上。这些促进了各种降阶技术和动态子结构技术的兴起和发展。如果将求解静力问题的波前法用于子空间迭代法中,就能使一般工程结构问题可以在微机上求解。由于在国内外曾发生多起齿轮轮体的共振导致的破坏事故,所以齿轮轮体固有振动特性的研究得到国内外的普通关注。这在对齿轮传动安全运行要求很高的航空工业来说尤其重要。美国波音费托尔公司(Boeing Vetrol)就是用有限元法来预测齿轮结构的共振频率。国内外对盘形圆锥齿轮结构固有振动特性进行了大量的理论和实验研究,取得了一批非常有价值的结论。 Oda用Miller公式计算了具有不同福板支承形式的薄轮缘直齿轮结构的固有频率,研究了其传动系统的振动加速度。国内外的理论和实验研究表明,齿轮结构的行波共振会造成齿轮的成块断裂。参考文献 [1]陈予恕.非线性振动[M].天津:天津科技出版社,1983. [2]魏任之.齿轮的修形与降噪[D].第二届全国齿轮动力学会议论文,l987. [3]方宗德.正齿轮传动的动载荷影响因素分析 [J].西安交通大学学报,l988.

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摘要：对于一个机械设计人员来说，在产品设计过程中经常会遇到一些机构设计分析、机械强度分析等问题，需要不断地查找设计手册并进行校核计算，如能将机械设计手册建立成 Web 数据库，放在 Internet 上的话，当设计人员在产品设计过程中遇到问题时，就可以将已知参数提交给服务器，服务器经过分析计算和数据库查询，将结果返回给用户。这样，不仅可以方便设计人员，提高设计效率，使他们能有更多时间去开发新产品和研究新问题，而且还可以大大地节约产品开发的成本。本文对基于 Web 的远程机械设计技术广泛分析了当今远程机械设计的发展现状。中国论文联盟 http://www.lwlm.com关键词：远程机械设计计算模式一、机械设计发展概述传统设计方法是经验、类比式的设计方法。主要采用封闭的收敛设计思维，进行经验类比设计。在计算方面只进行静态分析，并将载荷、应力进行集中处理，对于计算数据的误差采用增加安全系数的做法。传统设计方法以手工设计为主，使用简单的工具，进行人工计算画图。另外，传统设计是一种串行设计，即一个零件从设计到生产是一个阶段的工作完成之后才进行下一个阶段的工作。如：首先进行初期的规划设计，接着进入总体方案设计，然后由结构设计人员设计出零件的结构，之后完成工艺文件的编制，最后将图纸及工艺规程交给生产工人，加工出零件的原型。如需改进的话再返回零件的改进信息。这样，一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间，因此开发周期长，并且串行设计过程中，各个环节之间缺乏信息沟通，常导致设计人员之间的合作不协调。自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思想、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计，相似性设计、智能设计等新概念；从设计准则来看，出现了优化设计、可靠性设计、有限元等概念，从设计的手段来看，出现了计算机辅助设计，不仅普及了二维设计 CAD 软件，而且功能全面的三维造型软件也进入了实用阶段。近年来，计算机网络技术、 Web 技术和数据库技术的出现和飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于 Web 的远程设计正是在这种条件下产生的。它的出现，使得各制造企业可以充分利用 Internet 和 Web 的国际互联性和资源共享性，组建企业间的动态联盟或虚拟设计小组，通过组合分散在各个地域企业的技术优势，发挥各个企业的局部特长，同时不同专业的技术人员可以不受地域的限制，在一个统一且易于访问的平台下进行异地的合作与设计，实现信息的交流和共享，进而快速开发出所需产品，提高产品设计的一次成功率。作为现代设计的一个重要组成部分，远程机械设计是一个综合了多学科、多技术的研究领域，涉及到机械工程及计算机技术等诸多知识领域。从机械设计的角度来说，主要研究设计过程的建模、设计优化理论等。从计算机技术方面来说，应研究如何对现有的设计资源进行组织和发布，使得这些资源能方便异地的设计人员进行查询和调用。这些资源包括各种专业化的计算、分析程序，供设计使用的数据库和知识库等，所以要研究网络环境下设计资源的获取与调用，设计过程中设计人员之间信息的交流和反馈等，为远程设计中分布式资源的获取和调用提供基础和借鉴。二、国内外远程机械设计发展 2.1 远程设计的概念和意义远程设计即让设计人员通过客户端浏览器输入设计参数，服务器自动进行计算和选择，并根据确定的参数返回产品的规格或设计图形。远程设计技术是现代计算机技术、网络技术和机械设计技术在工程设计上的应用，它缩短了产品的设计周期和节省了设计成本，真正意义上地释放了工程技术人员。与传统的机械设计相比，远程设计具有以下优点： 1 、缩短产品的开发周期。 2 、避免重复开发。目前企业或个人进行的机械产品设计，大部分是自己根据需要来开发设计软件，而不考虑是否有同类软件在市场中存在或者将自己的研究成果在允许的情况下租赁或免费为他人使用等。这就形成了重复开发，浪费了大量的人力和物力。3 、降低了企业资金和人员的投入。特别是近年来三层 B/S 网络计算模式的出现，极大地降低了客户端软硬件的配置要求。远程设计可以为用户建立一个统一的设计平台，所有的设计都在高性能的服务器上运行，客户端只需完成设计任务的输入以及设计中某些参数的选择和结果显示即可。4 、由于远程设计一般都有提供给用户进行交流和讨论的平台，这就不仅加强了各领域专家之间信息的共享和交换，而且大大提高了一次产品设计的成功率。2.2 远程设计的国内外研究现状 2.2.1 在国外，有关远程协同设计的研究和应用起步较早，主要有：（ 1 ）早在上世纪 80 年代中期，麻省理工学院学者就从事了这方面的研究，并首次提出 T 计算机支持的协同工作的概念。（ 2 ） 20 世纪 90 年代中期，美国伯克利加州大学的集成制造实验室在美国国家科学基金、美国国防先进制造计划代理福特汽车公司的资助下开展了一个名为 Cybercut 的研究项目，建立了世界上第一个基于 WWW 的设计和制造系统。（ 3 ）英国建立的 Edinburgh Engineering Virtual Library 网站，提供工程设计、制造需要的各种信息，在英国建立了基于 Web 的虚拟制造中心，为企业设计、分析、制造等提供服务，提高了企业特别是中小企业的市场竞争能力。（ 4 ）美国 Microsoft 公司和 Unigraphics Solutions 公司联合研究面向产品全生命周期的基于知识的协同设计支持网络环境“ Design Knowledge Network" ，减少了实际时间，降低了设计成本，在快速获取全球设计知识的基础上，进行产品创新设计。（ 5 ）英国 Liverpool 等大学研究并应用人工智能和 Internet 提供滚动轴承的网络化设计服务。2.2.2 在国内，有关这方面的研究主要集中在高等院校和科研院所，其中主要有：（ 1 ）以西安交通大学润滑理论与轴承研究所为主、国内多家企业和研究机构共同参与建立了国内第一个支持产品协同设计的网站 - 现代产品设计与研究开发网络（ www.chinamodemdesign.com ），旨在推进现代设计，主要提供设计知识的获取，参加的单位还有清华大学、华中理工大学、机械科学研究院、上海交通大学、重庆大学等国内许多著名的高校和科研院所。（ 2 ）清华大学精密仪器及机械系摩擦学国家重点实验室开发出了基于 Web 的异地合作设计系统 Cdesign ，该系统采用了 Client/Serveer 构架，客户与服务器之间通过 VAW 来完成。（ 3 ）上海先进制造工程技术研究中心和上海飞机制造公司开发了一个基于 Intemet/web 的异地设计与制造系统，利用其进行跨企业、跨地域的协同产品设计与制造。另外，国内也有一些相关的网站，如：中国机械网（ www.china-machine.com.cn ）、材料与制造综合信息服务平台等，它们提供机械设计技术数据、制造工艺技术数据等，并把机械设计技术、制造工艺技术、远程设计技术、产品数据库、计算机辅助设计都实现了网络化。在其中的机械设计技术模块中，用户只须选取自己要使用的设计模块，输入适当的参数就可自动设计出自己所需的零部件；在远程分析模块中，实现了常用机构的参数化仿真与分析。可是远程设计由于刚刚起步，像其它新兴技术一样还不够完善。随着 CAD 技术、计算机网络技术、数据库技术及人工智能技术的不断发展，远程设计的内容必将越来越丰富，功能越来越强大，所提供的服务也将越来越完善。三、远程设计系统的技术研究系统的总体结构模式的确定是系统在初步设计阶段要完成的一项重要任务。系统的总体结构模式是系统的基础，只有确定了系统的结构模式之后才能进行下一步的设计和开发。而应用软件的架构是建立在计算模式基础之上的，因此，有必要先对网络计算模式进行分析。在计算机网络技术的发展过程中，先后出现了以大型机为中心的计算模式、以服务器为中心的计算模式、客户机 / 服务器 (Client/Server) 计算模式，以及随着 Web 技术的成熟而发展起来的浏览器 / 服务器 (Browse/Server) 计算模式。中国论文联盟 http://www.lwlm.com（ 1 ）通过对两种计算模式的研究和分析， B/S 模式较 US 模式，具有以下优点 : 1 、界面风格统一、可移植 US 模式的客户端往往采用不同的开发工具开发，因此界面不统一，一般来说也互不兼容，难以移植到其它的平台上运行，而 B/S 模式的客户端使用统一的 Web 浏览器，根本就不存在移植性的问题，而且使用非常简单。2 、跨平台性 B/S 模式的系统较 US 模式的系统有更好的跨平台性，客户端可位于任意的软、硬件平台，因此跨平台的问题得到解决。3 、易于管理和维护。 C/S 模式的系统针对不同的客户端需要开发不同的应用程序，完成的工作量较大。一旦系统要进行修改或升级，则要修改所有客户端上的应用程序，工作重复，管理和维护成本较高。反观 B/S 模式，由于应用软件集中在服务器端的开发和管理，因此应用系统进行升级时，只需更新服务器端的软件即可，无需客户端的参与，因此大大减少了系统维护与升级的成本与工作量。（ 2 ）远程设计系统的支撑技术基于 Web 的远程设计是一项涉及多学科多功能的综合活动，其中包括现代机械设计技术、 Web 技术、数据库技术等。1 、机械科学技术机械科学的理论与知识是进行远程设计的前提。没有这些理论知识作根基，远程设计无从谈起。2 、计算机网络技术远程设计是以计算机网络为基础的，计算机网络是远程设计系统的运行平台。所有的设计过程中的信息都要通过网络来传递，网络基础的好坏直接影响到远程设计系统的质量，是实现远程设计的关键技术之一。3 、标准化技术远程设计的过程中离不开信息的交流，交流的前提就要有一个统一的交流规则，即标准化工作。4 、数据库、知识库技术基于 Web 的远程设计过程中需要用到数据库中的许多信息，如设计过程中用到的参数、图表数据等。这些信息的存储和管理均要数据库作为支持。数据库技术是远程设计系统的核心技术。同时，知识库可以实现知识复杂问题的求解评价和建议，可有效地进行智能推理来进行优化设计。5 、计算机编程技术计算机编程为远程设计系统提供一系列的应用服务和平台建设。主要是程序设计语言和存取数据库，如 VB.NET 、 C# 等编程语言和关系数据库的标准语言—结构化查询语言 SQL 等。6 、多媒体技术和图形浏览技术多媒体技术和图形浏览技术为在线交流、图形浏览提供辅助工具。参考文献：１　高福友． Web 数据库交互式动态访问技术分析与比较 . 电脑开发与应用． 2005２　王君．基于 WEB 的变速箱零件标准化及图档信息综合管理系统的研究与开发．浙江大学硕士论文． 2002 ． 12 ： 13

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写论文首先就是要查一下参考文献呀~你去看下（机械工程与技术）期刊吧~看看文献~找下自己的思路吧~