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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 PowerTransmission 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(WDMark，AWLee，DBWelbowrn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TTobe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，ASKumar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。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2～4倍，寿命增加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，[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，[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， 
摘要应该是论文内容的梗概或者作者观点的提炼。能够让人通过看你的摘要知道你的论文都写了什么。期刊发表论文按照现在期刊规范的要求，论文中不应出现‘本文’的字样。就是别从本文写了。。。这个角度去写摘要，就直接高度概括内容或观点就行了。毕业论文结合自己的论文内容，可以用这种格式“本文通过……的方法，阐述了……，论证了……，得出了……观点。”
浅谈柴油机电控技术 摘要：介绍了柴油机电子控制技术的发展状况、控制原理和应用特点及高压共轨技术的 工作原理、研究方向、应用前景。 关键词：柴油机，电子控制，高压共轨技术 1 柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势 1柴油机电子控制技术的发展状况 柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代 以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通 用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十 铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满 足日益严格的排放法规要求。 由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特 点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用 范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经 济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠 传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近 年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展 ，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进 行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。 实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOX排放量与汽油机相近，只是排气微 粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧， 可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错 在一起。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、 汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展 以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预 喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。 经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不 相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟 度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日 益严格的排放控制标准 (如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严 峻的挑战，解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。 2何谓电喷柴油机 采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。 电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分 组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以 及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位 置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等 传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存 的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较，经过处理计算按 照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据 ECU指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和 喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再 循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达 到最佳。 3柴油机电子控制技术的发展趋势 1高的喷射压力 为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从10MPa提高到200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更 迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。 2独立的喷射压力控制 传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有 关。这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和排放 不利。若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力， 就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、着火延迟期最佳，使 柴油 机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。 3改善柴油机燃油经济性 用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的 喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消 耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。 4独立的燃油喷射正时控制 喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量， 决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可 以改善燃油使用经济性，但导致NOX增加。而不依赖于转速和负 荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平 衡的关键措施。 5可变的预喷射控制能力 预喷射可以降低颗粒排放，又不增加NOX排放，还可改善柴 油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改 善低速扭矩。但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔 在不同工况下的要求是不一样的。因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。 6最小油量的控制能力 供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的 小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将 会使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机 的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最 小油量控制。 7快速断油能力 喷射结束时必须快速断油，如果不能快速断油，在低压力 下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加HC排放。电 喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断 油。 8降低驱动扭矩冲击载荷 燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统 所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱 动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统的标准。 而电喷柴油机技术中的高压共轨技术则大大降低了驱动扭矩 冲击载荷。 2 柴油机电子控制技术的目的及优点 1目的 优化动力性、改善燃油使用经济性、控制排放，使柴油机从 怠速至额定转速范围内均能获得最佳工作状况，防止可能发生的 危险运行状况，延长零件的使用寿命。 2优点 1具有多功能的自动调节性能 工程机械用柴油机的运转工况是多变的，而且对油耗、排放 和可靠性等要求较高。自动控制技术应用于柴油机的调节系统正 好可以实现多功能的自动调节，从而保证柴油机动力性、燃料使 用经济性、可靠性和操作方便性等性能充分发挥。 2减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性 对于现代高速柴油机而言，由于驱动喷油泵的扭矩较大，要 设计一个紧凑和可靠的供油提前自动调节器很复杂，而且在柴油 机总体布置上也比较困难。采用自动控制技术解决供油提前角自 动调节问题，不仅可以容易地解决上述难题，而且提高了柴油机 的紧凑性。 3部件安装连接方便，提高了维修性 采用自动控制系统，相关部件尺寸减小(特别是燃油供给系 统)，安装部位免受空间位置的约束，连接简便，有利于柴油机 日常维护及修理。 4扩展了故障诊断、联络等功能 采用自动控制系统，可方便地与微型计算机相连，很容易实 现柴油机性能检测与故障诊断功能，柴油机运行及检测数据的存 储与传递等问题也迎刃而解，便于科学管理和使用。 5使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配 随着工程机械制造技术高速发展，为了提高自行式工程机械 的作业效能，采用了电喷柴油机，电控自动变速器等自动控制装置，使自行式工程机械在作业 时，能随着负荷的变化在一定范围内自动调整动力输出、动力传 递，柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配，充分发挥工程 机械作业效能。
