مدلسازی و تحلیل دینامیکی سیستم کوپلینگ چرخ دنده-شفت-بلبرینگ-گیربکس مارپیچی

خلاصه
برای مطالعه دقیق ویژگی‌های دینامیکی سیستم انتقال دنده مخروطی مارپیچی در یک سیستم انتقال دم هلیکوپتر، مدل المان محدود میل دنده توسط یک عنصر تیر تیموشنکو ایجاد شد و مدل مکانیکی چرخ‌دنده مخروطی مارپیچی توسط توده‌ای ایجاد شد. روش انبوه روش زیرسازی برای استخراج پارامترهای دینامیکی از مدل اجزای محدود گیربکس حلزونی استفاده می‌شود و مدل دینامیکی سیستم کوپلینگ چرخ دنده-شفت-بیرینگ-گیربکس مخروطی با توجه به شرایط هماهنگی رابط ساخته شده است. در این مدل، تأثیر سختی متغیر با زمان، خطای انتقال متغیر با زمان، انعطاف‌پذیری گیربکس، تحریک عدم تعادل، و محور انعطاف‌پذیر و تکیه‌گاه یاتاقان بر روی ارتعاش سیستم به طور همزمان در نظر گرفته شد. بر این اساس، معادلات دیفرانسیل دینامیکی سیستم کوپلینگ کامل دنده مخروطی مارپیچی استخراج شد و اثرات انعطاف‌پذیری گیربکس، زاویه شفت و عدم تعادل بر روی خواص دینامیکی سیستم مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که انعطاف‌پذیری گیربکس می‌تواند نیروی مش‌بندی دنده و نیروی باربری را کاهش دهد، که در آن تأثیر قابل‌توجهی بر نیروی باربری وجود دارد. زاویه شفت بر موقعیت، اندازه و جهت مسیر محور سیستم تأثیر می گذارد. در همین حال، نیروی مش بندی و نیروی باربری سیستم نیز به دلیل زوایای مختلف گام چرخ دنده های محرک و رانده تحت زوایای مختلف شفت متفاوت است. عدم تعادل شفت چرخ دنده بر ارتعاش سیستم انتقال دنده مخروطی مارپیچی در همه جهات تأثیر دارد، که در آن تأثیر بر ارتعاش پیچشی مهم‌ترین است و با افزایش عدم تعادل تأثیر افزایش می‌یابد. عدم تعادل شفت چرخ دنده نیز بر نیروی مش بندی و نیروی باربری تأثیر می گذارد که با افزایش سرعت چرخش افزایش می یابد. این تحقیق یک مبنای نظری برای بهینه سازی عملکرد دینامیکی و کاهش ارتعاش و نویز یک سیستم کوپلینگ کامل چرخ دنده مارپیچی فراهم می کند.

1. مقدمه
چرخ دنده مارپیچی دارای ویژگی های ظرفیت باربری محکم، درجه تصادفی زیاد و عملکرد پایدار است. صدا و ارتعاش آن در طول عملیات با سرعت بالا نسبتاً کم است و به طور گسترده در سیستم های انتقال هسته هلیکوپترها و کشتی ها استفاده می شود. رایج ترین شکل سیستم انتقال چرخ دنده مارپیچی، سیستم شفت متعامد است. به دلیل محدودیت‌های فضا و شکل، چرخ دنده‌های مخروطی مارپیچی غیرمتعامد به طور گسترده در سیستم‌های انتقال دم هلیکوپتر استفاده می‌شود، که در آن زاویه شافت 90 نیست و در نتیجه رفتارهای ارتعاشی جفت دنده و سیستم روتور بر این اساس متفاوت است. علاوه بر این، سفتی گیربکس به طور کلی نسبتاً بالا است، بنابراین می توان تأثیر انعطاف پذیری گیربکس را هنگام مطالعه ویژگی های دینامیکی سیستم دنده نادیده گرفت. با این حال، ضخامت دیواره گیربکس هلیکوپتر نسبتاً نازک است و پشتیبانی انعطاف پذیری که ساختار جداره نازک گیربکس ایجاد می کند، باعث ایجاد یک اثر جفت پویا بین سیستم انتقال دنده و خرید گیربکس حلزونی می شود. بنابراین، به منظور دستیابی به پاسخ دقیق‌تر سیستم و پیش‌بینی بهتر نویز ارتعاشی چنین سیستم‌هایی، لازم است یک مدل مکانیکی کوپلینگ دنده-شفت-بیرینگ-جعبه مارپیچی غیرمتعامد برای تجزیه و تحلیل خواص دینامیکی سیستم ایجاد شود.

در حال حاضر، دینامیک سیستم انتقال دنده مخروطی مارپیچی به طور گسترده، هم در داخل و هم در سطح بین‌المللی مورد مطالعه قرار گرفته است. وانگ و همکاران [1] یک معادله ارتعاش غیرخطی را برای ارتعاش جفت خمشی-پیچشی-محوری یک چرخ دنده مخروطی مارپیچی با 7 درجه آزادی ایجاد کرد. جابجایی ها و سرعت های ارتعاش پیچشی، جانبی و محوری سیستم چرخ دنده مخروطی مارپیچی تحت شرایط کاری مختلف توسط الگوریتم اپراتور به دست می آید. نتایج نشان می‌دهد که با تنوع فرکانس مش‌بندی، سیستم از طریق دو شاخه شدن دوره‌ای وارد هرج و مرج می‌شود. با تنوع سختی پشتیبانی، سیستم از طریق انشعاب شبه دوره ای به آشوب تبدیل می شود. و در فرآیند تغییر فرکانس مش بندی، پدیده های پرش در سیستم وجود دارد. فنگ و سونگ [2] نیروی مش بندی چرخ دنده، موقعیت نقطه مش بندی، خطای انتقال، جهت نیروی اصطکاک و ضریب اصطکاک را در نظر گرفتند و سپس یک مدل دینامیکی از پارامترهای متمرکز ایجاد کردند. بر این اساس، اثرات نیروی مش بندی دینامیکی و خطای انتقال دینامیکی بر پاسخ سیستم بررسی می شود. وانگ و همکاران [3] ارتعاش پیچشی سیستم انتقال دنده مخروطی مارپیچی را با واکنش برگشتی و سختی مش بندی متغیر با زمان تجزیه و تحلیل کرد.

منبع