考虑延伸轮齿接触效应的齿轮传动系统非线性动力学分析

来源：振动与冲击杂志2025年第18期北京时间：

作者：廖福林，黄建亮huangjl@mail.sysu，郑星原

单位：1.中山大学应用力学与工程系，广州510275；2.东南大学机械工程学院，南京210096

摘要：为了研究延伸轮齿接触(extended tooth contact, ETC) 效应对齿轮传动系统非线性动力学特性的影响，本文在系统的动力学模型中引入了考虑ETC效应的时变啮合刚度。本文利用增量谐波平衡(incremental harmonic balance, IHB)法求解了齿轮传动系统的全局动力学响应，对比动力学响应表征的理论结果和实验结果，验证了考虑ETC效应系统动力学模型的有效性。通过改进的Floquet理论确定了系统动力学响应的稳定性和分岔特性。基于动力学响应揭示了系统的跳跃现象和非线性软弹簧特性，分析了ETC效应对系统动力学特性的影响，研究了载荷对系统动力学响应稳定性和分岔特性的影响。研究表明，在鞍结分岔点处系统产生跳跃现象；啮合轮齿分离导致系统产生非线性软弹簧特性；随着载荷增大，系统频率响应曲线上的鞍结分岔点在竖直方向向上移动，导致频率响应曲线上的不稳定区域逐渐减小；与不考虑ETC效应相比，考虑ETC效应后系统频率响应曲线的最大振幅减小了9.79%。

关键词：延伸轮齿接触；时变啮合刚度；非线性振动；增量谐波平衡法