高可靠精密濾波減速器多因素耦合非線性動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、課題來(lái)源于國(guó)家民用航天預(yù)研項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“新型高性能傳動(dòng)件及系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)理論與方法”和國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“新型高性能傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方法研究”。
　　隨著我國(guó)機(jī)器人、航空航天、新能源、國(guó)防武器裝備等工程領(lǐng)域事業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)直接影響著重要裝備功能和壽命的高性能傳動(dòng)件提出了非?？量痰木?、可靠性、長(zhǎng)壽命等要求。在特殊與極端條件下高性能機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)存在的高可靠與高精度等相互復(fù)雜矛盾性和強(qiáng)非線性問(wèn)題導(dǎo)致

2、了研究難度大,已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外高端裝備在特殊與極端環(huán)境下正常運(yùn)行面臨的研究重要熱點(diǎn)和難題之一。在探索高精度和高可靠等高性能傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其與裝備集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論和方法方面,以我校機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王家序教授為團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的研究團(tuán)隊(duì)在取得多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的基于新型工程復(fù)合材料傳動(dòng)件及系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論成果的基礎(chǔ)上,提出了高精度、高可靠、長(zhǎng)壽命、大轉(zhuǎn)矩、低能耗、小體積和自維護(hù)的基于新型工程復(fù)合材料高性能傳動(dòng)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論和方

3、法,發(fā)明了一種基于橡膠合金材料與剛性少齒差行星齒輪副剛?cè)狁詈蟼鲃?dòng)系統(tǒng)的濾波減速器(授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利ZL2010101043595)。
　　論文以高可靠精密濾波減速器為研究對(duì)象,開(kāi)展了基于剛性行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和橡膠合金柔性材料耦合,彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的多自由度耦合,粘性嚙合力/支撐力和彈性嚙合力/支撐力耦合,時(shí)變嚙合剛度、瞬變嚙合間隙和動(dòng)態(tài)傳遞誤差的變參數(shù)耦合,外部激勵(lì)和內(nèi)部激勵(lì)耦合等高可靠精密濾波減速器多因素復(fù)雜耦合的強(qiáng)非線性動(dòng)態(tài)特性理論

4、和實(shí)驗(yàn)研究;著重揭示了橡膠合金彈性體對(duì)抑制減速器混沌運(yùn)動(dòng)和保持傳動(dòng)平穩(wěn)的規(guī)律,從而為設(shè)計(jì)高性能齒輪系統(tǒng)和改善齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)分析了該減速器的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)原理;測(cè)試了橡膠合金襯層材料的扯斷強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、硬度和拉伸應(yīng)力應(yīng)變等力學(xué)性能參數(shù),曲線擬合得到了Mooney-Rivlin系數(shù),計(jì)算了其楊氏彈性模量和泊松比;采用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀測(cè)試了橡膠合金材料的儲(chǔ)存模量和損耗

5、模量,計(jì)算阻尼系數(shù);計(jì)算了基于橡膠合金材料的各傳動(dòng)件傳動(dòng)動(dòng)態(tài)性能參數(shù),包括理論轉(zhuǎn)速、兩級(jí)傳動(dòng)的理論嚙合頻率、嚙合阻尼及雙聯(lián)齒輪聯(lián)接軸剛度和阻尼、各支撐滾動(dòng)軸承的變形、剛度、阻尼等動(dòng)特性參數(shù)。
　　2)推導(dǎo)了基于變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的高可靠精密濾波減速器輪齒嚙合彈性間隙計(jì)算式。為保證齒與齒之間的正常間隙,防止在中心距增大時(shí)齒輪嚙合發(fā)生干涉或者卡死,考慮對(duì)各誤差因素進(jìn)行控制、補(bǔ)償?shù)目尚行耘c最低成本控制,得出了齒輪嚙合中心距變化規(guī)律,提出了多誤

6、差因素影響下滿足等效變位齒輪無(wú)側(cè)隙嚙合中心距的嚙合間隙動(dòng)態(tài)變形協(xié)調(diào)補(bǔ)償?shù)母呖煽烤転V波減速器彈性間隙變化控制計(jì)算方法。
　　3)推導(dǎo)了基于橡膠合金材料的雙聯(lián)齒輪分別與輸出齒輪和固定齒輪嚙合的兩對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副多對(duì)齒嚙合綜合效應(yīng)剛度,將兩級(jí)傳動(dòng)多對(duì)齒嚙合剛度擬合為7階傅里葉級(jí)數(shù)的形式,建立兩對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副多對(duì)齒嚙合剛度擬合曲線。計(jì)算了兩對(duì)齒輪嚙合副沿嚙合線上的綜合誤差。
　　4)采用Abaqus建立了該減速器有限元自由模態(tài)分析模

7、型,其中輪齒嚙合部采用綁定約束,軸承用彈簧單元模擬。采用Lanczos特征值求解器對(duì)該減速器進(jìn)行自由模態(tài)求解,獲得了該減速器前20階固有頻率及模態(tài)振型。
　　5)綜合考慮高可靠精密濾波減速器的固定齒輪和輸出齒輪分別與帶有橡膠合金材料的雙聯(lián)齒輪嚙合的兩對(duì)齒輪副嚙合剛度、傳動(dòng)誤差、齒側(cè)彈性間隙,帶有橡膠合金材料的雙聯(lián)齒輪中間聯(lián)接軸剛度和阻尼,以及支撐軸承剛度和阻尼的情況下,運(yùn)用集中質(zhì)量法,建立了高可靠精密濾波減速器傳動(dòng)系統(tǒng)多因素耦合非

8、線性振動(dòng)模型。系統(tǒng)的分析該減速器各齒輪振動(dòng)位移、速度響應(yīng)、以及振動(dòng)位移&速度相圖、龐加萊截面、軸承動(dòng)載荷、齒輪嚙合力、振動(dòng)加速度響應(yīng)。分析了轉(zhuǎn)速激勵(lì),嚙合阻尼、嚙合剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、齒側(cè)彈性間隙、齒輪誤差等各參數(shù)對(duì)減速器非線性振動(dòng)特性的影響規(guī)律。
　　6)開(kāi)展了高可靠精密濾波減速器的模態(tài)和振動(dòng)性能試驗(yàn)研究。用LMSTest.Lab對(duì)該橡膠合金減速器進(jìn)行錘擊法的自由模態(tài)實(shí)驗(yàn);用三向加速度傳感器采集減速器殼體振動(dòng)信號(hào),進(jìn)行振動(dòng)加速度時(shí)域