球轴承一螺旋锥齿轮系统多体接触动力学研究摘要：基于多体系统动力学理论，在圆弧齿锥齿轮接触动力学分析的研究基础上，提出了球轴承螺旋锥齿轮系统多体接触动力学分析的新方法。基于套圈滚道表面和弧齿齿面的三角网格模型，建立并实现了多体接触动力学模型和动态接触力的预测搜索算法，进而建立了忽略啮合齿面的摩擦和润滑作用，考虑球轴承的保持架、润滑摩擦力和Hertz接触作用的球轴承圆弧齿锥齿轮系统多体接触动力学模型。考虑轴承游隙、齿轮侧隙和载荷工况等关键因素，运用广义a方法计算分析了预紧力和负载扭矩作用下球轴承弧齿锥齿轮系统的多体接触动力学行为和动态响应特性，获得了动态接触力、拖动力、角速度、振动位移、加速度、运动轨迹和相图及频谱等振动响应的变化规律。研究表明球轴承保持架的角速度频率、齿轮驱动角速度频率、从动齿轮的角速度波动频率和齿轮的啮合频率对球轴承弧齿锥齿轮系统动力学特性有着重要的影响。动力学模型和计算结果为不仅对球轴承弧齿锥齿轮传动系统的动态设计和动力学分析具有重要的实用价值，而且对复杂齿轮传动系统的动力学研究具有重要的理论意义。关键词：球轴承；螺旋锥齿轮；动力学分析；齿轮传动系统；接触中图分类号：TH113.1；TH132.4文献标识码：A文章编号：10044523(2013)05066513引言滚动轴承的动态性能对齿轮传动系统有着至关重要的影响，而且滚动轴承动力学方面的问题越来越突出，如何解决这些问题成为保证和进一步提高滚动轴承齿轮系统的工作性能及可靠性的关键所在。传统的集中质量参数法或有限元法被广泛应用于齿轮传动系统动力学研究，通常将滚动轴承结合部简化为线性或非线性的等效刚度阻尼参数，与工程实际还存在差异，难以研究滚动轴承的支承性能及其影响。计及球轴承和全齿面啮合接触的齿轮传动系统动力学分析方法还处于探索阶段，有待进一步深入研究。螺旋锥齿轮的齿面接触分析(TCA)和加载接触分析(LTCA)的有限元法日趋成熟［1〜4］。李润方、王建军、Litvin等学者对螺旋锥齿轮齿面啮合接触力学特性进行了较为深入系统的研究［5,6］。杨晓宇、杨成云、杨开妮采用有限元方法、模态实验、参数识别和动态测试技术对齿轮传动系统进行了动态响应分析［7〜9］。王立华、于磊、冯治恒、杨先勇建立了齿轮传动系统的多自由度集中质量参数模型［10〜13］,分析了齿侧间隙、时变啮合刚度、外部载荷和初始条件等激励下齿轮系统的谐周期、非谐周期、分叉和混沌等非线性振动特性。Kahraman和Singh同时考虑了齿侧间隙和滚动轴承径向间隙问题［14］,对轴承齿轮系统非线性动力学进行了分析研究。Vinayak和Singh建立了多级齿轮传动系统的非线性动力学模型分析了传动系统的动力学特性［15］。Ebrahimi＞姚廷强研究了齿轮传动啮合轮齿的接触动力学分析方法［16,17］。在文献［17］的研究基础上，作者提出一种同时考虑球轴承和弧齿啮合齿面的动态接触关系的球轴承螺旋锥齿轮传动系统的多体接触动力学分析方法，为进一步设计低振动噪声、高可靠性的球轴承螺旋锥齿轮系统提供理论参考。1球轴承系统多体接触动力学模型