齿轮系统振动机理

齿轮系统的动态激励有内部激励和外部激励两类，与其它机械系统的主要不同之处在于它的内部激励。由于同时啮合齿对数的变化，轮齿的受载弹性变形，齿轮和轮齿的误差等引起了啮合过程的轮齿动态啮合力，即使外部载荷为零（或为常值），齿轮系统也会受这种内部的动态激励而产生振动。齿轮传动系统的动态激励主要包括两方面，齿轮副轮齿啮合本身所产生的内部激励和系统的其它因素对轮齿啮合所产生的激励，后者称为外部激励。1、齿轮副的内部激励。齿轮副的内部激励是指由齿轮副轮齿啮合过程中所产生的动态激励，包括三种形式：（1）刚度激励一般说来，齿轮轮齿啮合的重合度大多不是整数，啮合过程中，同时参与啮合的齿对数随时间而周期变化，因而轮齿的啮合综合刚度是随时间周期变化的，动力学方程中含有时变系数，属于参数激励范围，这是齿轮动力学的基本特点和性质。（2）误差激励齿轮和轮齿的加工和安装不可避免的会存在误差，啮合齿廓将偏离理论的理想位置。由于误差的时变性，这种偏离形成了啮合过程的一种位移激励，这种误差引起的位移激励称为误差激励。齿轮的误差可以分解为齿距偏差和齿形偏差两种形式。齿轮的误差按波形阶次的不同分成下表所示的几种形式。对齿轮的动态激励影响较大的是一阶误差和二阶误差。

（3）啮合冲击激励在轮齿啮合过程中，由于轮齿的误差和受载弹性变形，使一对轮齿在进入啮合时，其啮入点偏离啮合线上的理论啮入点，引起啮入冲击，在一对轮齿完成啮合过程退出啮合时，也会产生啮出冲击，在齿轮动力学中，这种啮入啮出时的冲击统称为啮合冲击。啮合冲击激励对系统的激励是一种周期性的冲击力，误差对系统的激励则是一种周期变化的位移。刚度激励和误差激励是位移型激励，啮合激励是冲击力型的激励。一般说来，内部激励中产生的主要频率成分包括轴频，具有上下边带的齿频，具有上下边带的倍齿频，三倍齿频和魔鬼频率等，魔鬼频率是加工过程中由分度齿轮误差引起的齿廓误差产生的。2、齿轮系统的外部激励齿轮系统的外部激励，包括如原动机，负载和系统中其它零部件（联轴器等）基本特性的不同性质等。主要原因有：齿轮旋转质量不平衡，几何偏心，原动机负载扭矩波动以及系统中有关零部件的激励特性，如滚动轴承的时变刚度，离合器的非线性等。