时变啮合刚度与齿侧间隙是齿轮传动系统的主要内部激励源,决定了齿轮系统动力学的基本特点和性质。啮合刚度的时变性影响齿轮系统的稳定性、引起系统的参数共振,齿侧间隙则引起系统强烈的非线特性。考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等激励源,建立了齿轮系统非线性动力学模型,从模型参数设置合理性的新角度阐述时变啮合刚度、齿侧间隙对系统动态特性的影响。结果表明在低速工运行况下,过度简化时变啮合刚度会扼杀由单双齿交替啮合而产生的振动冲击响应;此时齿轮处于单侧啮合状态,在建模时可以不考虑齿侧间隙的影响,以达到简化模型、提高求解效率的目的。而在较高速运行状态下,齿轮处于单边冲击或双边冲击状态,齿侧间隙引起系统强烈的非线性特性,建模时必须考虑齿侧间隙。

介绍了直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、锥齿轮传动等间隙的消除(或减小)方法,并介绍了有关方法的特点。

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿啮合刚度,建立了考虑时变啮合刚度激励、啮合冲击激励和齿侧间隙激励的人字齿轮系统十二自由度啮合型弯-扭-轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,研究了多载荷下人字齿轮左端啮合副周向的振动特性,结果表明,外载荷的增大使得啮合刚度激励和啮合冲击激励下系统的振动均增大,且啮合冲击激励对外载荷的敏感性高于啮合刚度激励,而齿侧间隙激励下系统的振动则随着外载荷增大而减小。同时,啮合冲击激励对系统振动的影响随着载荷增大而增大,而啮合刚度激励和齿侧间隙激励则随着载荷增大而减小。

内啮合齿轮泵是一种采用内啮合齿轮副传动的高效、低噪、有较高自吸性能的齿轮泵,广泛用于各类液压传动系统,特别是在传递某些粘性大、腐蚀性强的特殊流体领域具有不可替代性。针对一副具有渐开线齿廓直齿内啮合齿轮泵,推导了齿轮副的参数化瞬时流量公式,根据传递齿廓间是否存在齿侧间隙,由传动工作原理,分析其啮合过程,得到包含有重合度系数的理论精确排量的计算公式。以实例计算比较了排量公式随重合度系数的变化,结果表明具有齿侧间隙的排量更大。理论排量的精确计算对于设计制造精确流量的内啮合齿轮泵及侧板卸荷槽的设计具有极为重要的参考价值。

为提高分扭-并车齿轮传动的动载稳定性,对直齿轮和人字齿轮构成的分扭-并车齿轮系统建立了考虑多间隙等激励因素的动力学模型。引入高斯消元技术使振动模型降为含9自由度的线性无关方程组;采用4阶Runge-Kutta法对量纲一方程组实施数值求解,分析了齿侧间隙、综合传动误差和时变啮合刚度等激励下的动载特性。结果表明,齿侧间隙在局部范围内存在动载加剧现象;动载系数激增至2. 705,综合传动误差激励下相同传动级上的均载特性基本一致;时变啮合刚度波动系数大于0. 25时,分扭级的动载波动较剧烈。研究结果对该类齿轮系统动载设计具有指导意义。

为满足齿轮泵高速下困油的充分卸荷,基于同样的齿形参数和工况条件,先后进行了实验、仿真和理论分析。给出了新槽的形位及尺寸;进行了困油压力的实例运算。由实验、仿真和理论结果的一致性,说明了理论分析的正确性;在0.03mm小侧隙下,当转速分别为1000r/min、3000r/min、5000r/min时,新槽、矩形槽的压力峰值增加率分别为1.75%、15.00%、41.5%和9.50%、85.00%、236.25%,说明矩形槽能满足低速困油卸荷要求,新槽能满足中速困油卸荷要求;转速5000r/min和0.2mm大侧隙下,新槽的压力峰值增加率为22.75%,说明能满足高速下的卸荷要求。

以直齿轮副为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、综合误差、齿侧间隙和输入转矩等因素的6自由度弯扭耦合非线性振动模型。结合分岔图和庞加莱映射图,研究了齿侧间隙、输入转矩以及二者耦合作用和主、从动轮轴承支撑刚度对系统振动特性的影响。研究表明,输入转矩一定时,随着齿侧间隙不断增大,系统通过分岔和激变从单周期响应过渡到混沌;齿侧间隙一定时,随着输入转矩不断增大,系统通过倒分岔和激变从混沌过渡到单周期响应;当输入转矩较大时,齿侧间隙对系统响应影响很小;支撑刚度较大系统响应稳定,并且从动轮轴承支撑刚度对系统振动特性影响较大。

针对汽车驱动桥主减速器中的主动圆锥齿轮及从动圆锥齿轮之间的啮合斑点优化问题，从理论上分析了影响啮合斑点的主要因素，以及这些因素对啮合斑点的实际影响，结合现场装配实践，总结出通过垫片来调整啮合斑点的方法措施，为装配现场提供指导，使主从动圆锥齿轮之间的啮合间隙及啮合斑点达到装配要求。

为探究齿侧间隙对船用人字齿轮动态特性的具体影响,在仿真软件Adams中建立人字齿轮动态模型,仿真结果与理论值误差控制在1.5%之内。综合比较不同齿侧间隙、不同运动状态下的人字齿轮的运动参数及稳定性表现,结果表明:在不同状态下,齿侧间隙的存在都会对系统产生影响,在起步阶段会使得齿面碰撞冲击加剧,稳速阶段齿侧间隙会进一步加剧重合度变化引起的时变刚度冲击,为下一步人字齿轮优化减震降噪性能提供了参考依据。

针对高精度渐开线直齿传动减速器中一项重要的回差精度要求,在满足其它条件的情况下,对各个传动齿轮的参数进行计算,对齿侧间隙和公法线公差变动精细控制,为后期组装提供必要的理论依据。通过样机零部件和组装后的测量数据验证理论依据的正确性,保证最终减速器回差精度在理论上满足精度要求。