艦船用大功率兩級(jí)串聯(lián)混合行星傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、現(xiàn)代海軍發(fā)展，要求提高戰(zhàn)斗艦艇的反殲、防殲和攻殲?zāi)芰?，?duì)其航速、噪聲、振動(dòng)提出越來越高的要求。艦船迫切需求低噪聲、大扭矩和大功率的后傳動(dòng)裝置，對(duì)后傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。
　　本文研究的兩級(jí)大功率人字齒混合行星傳動(dòng)系統(tǒng)，是艦船后傳動(dòng)裝置的重要組成部分。整個(gè)系統(tǒng)由人字齒多星輪定軸星形輪系和行星輪系組合而成，是艦船機(jī)械設(shè)備中的主要噪聲源，對(duì)艦艇的攻擊和隱蔽能力有很大的影響。
　　由于現(xiàn)有艦船的傳動(dòng)系統(tǒng)十分龐大，國內(nèi)尚

2、不具備實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件。所以，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性的理論研究顯得十分必要。
　　兩級(jí)串聯(lián)人字齒混合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性比單級(jí)傳動(dòng)要復(fù)雜的多，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的因素更多，迄今為止，還未見有關(guān)于兩級(jí)串聯(lián)混合行星傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面的研究。
　　研究?jī)杉?jí)串聯(lián)混合傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題，首先要解決建模難的問題，與單級(jí)行星傳動(dòng)系統(tǒng)建模不同的是，兩級(jí)串聯(lián)混合行星傳動(dòng)系統(tǒng)由于各級(jí)間行星架的轉(zhuǎn)速不同，需要考慮第二級(jí)行星輪系中行星輪位置相角的時(shí)變特

3、性。本文綜合考慮了行星輪位置相角時(shí)變性、齒輪時(shí)變嚙合剛度、嚙合綜合誤差、系統(tǒng)阻尼和輪齒脫離等非線性因素，在定坐標(biāo)系下建立了系統(tǒng)各子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并將求得的各級(jí)齒輪副嚙合彈性變形條件代入子結(jié)構(gòu)模型，利用集中參數(shù)法建立了整個(gè)系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)模型。為進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，須確定各齒輪副嚙合剛度和嚙合誤差激勵(lì)，根據(jù)同時(shí)嚙合的輪齒接觸線上各點(diǎn)具有相同變形的條件，求得了一對(duì)人字齒輪副在整個(gè)嚙合過程中的時(shí)變嚙合剛度；嚙合綜合誤差通過嚙合線增量的形式來

4、描述。
　　固有振動(dòng)特性（固有頻率和振型），對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、動(dòng)載荷的產(chǎn)生和傳遞以及系統(tǒng)振動(dòng)的形式等均有重要影響。本文通過對(duì)系統(tǒng)固有頻率和振型的計(jì)算與仿真，得到了不同于單級(jí)行星傳動(dòng)的三種振動(dòng)模態(tài)，即星形輪系振動(dòng)模態(tài)、行星輪系振動(dòng)模態(tài)及耦合振動(dòng)模態(tài)?；谇蟮玫恼駝?dòng)模態(tài)，對(duì)星輪、行星輪等間距布置和不等間距布置時(shí)系統(tǒng)的模態(tài)特性進(jìn)行了研究，為實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析提供了理論基礎(chǔ)。
　　基于模態(tài)法建立了兩級(jí)人字齒混合行星齒輪系統(tǒng)的參數(shù)

5、敏感度計(jì)算模型，引入系統(tǒng)特有的固有振動(dòng)特性，使得計(jì)算模型大大簡(jiǎn)化。通過對(duì)兩級(jí)系統(tǒng)齒輪嚙合剛度和兩級(jí)間連接軸扭轉(zhuǎn)剛度的固有頻率敏感度研究，得到了參數(shù)變化對(duì)各個(gè)振動(dòng)模態(tài)固有頻率的影響規(guī)律。引入模態(tài)能量的定義，更加直觀的表征出各參數(shù)固有頻率變化的敏感程度。在此基礎(chǔ)上對(duì)兩級(jí)串聯(lián)人字齒混合行星傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)躍遷現(xiàn)象的分析，得出了固有頻率分屬不同振動(dòng)模態(tài)時(shí)，固有頻率模態(tài)躍遷的變化規(guī)律，并通過實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　為解決兩級(jí)串聯(lián)混合行星傳動(dòng)

6、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程求解難的問題，首次將弧長(zhǎng)延拓技術(shù)引入增量諧波平衡法，將此改進(jìn)后的方法應(yīng)用到本文研究的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中，得出了系統(tǒng)各構(gòu)件在工作轉(zhuǎn)速附近的頻響特性。將解析多尺度攝動(dòng)分析法應(yīng)用到兩級(jí)串聯(lián)混合行星傳動(dòng)系統(tǒng)的求解中，分別得到了主諧波共振、亞諧波共振和超諧波共振三種情況下的頻率響應(yīng)方程，并計(jì)算得到了系統(tǒng)的主共振幅頻特性曲線。在上述兩種方法的分析過程中，均將所得的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性與數(shù)值仿真方法所得的結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了所提方法的可行性和

7、有效性。
　　采用數(shù)值仿真方法對(duì)系統(tǒng)無量綱動(dòng)力學(xué)微分方程進(jìn)行求解，首先通過位移時(shí)域響應(yīng)、相圖、Poincare映射和分岔圖等分析手段，對(duì)系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了各種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相互間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，并重點(diǎn)研究了系統(tǒng)各參數(shù)變化對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響。研究中包括的系統(tǒng)參數(shù)有嚙合剛度（幅值和諧波數(shù)）、嚙合綜合誤差（幅值和諧波數(shù)）、阻尼比、兩級(jí)間扭轉(zhuǎn)剛度、齒輪螺旋角和外載荷。通過對(duì)各構(gòu)件幅頻特性曲線的分析，得出了兩級(jí)串聯(lián)混合行星傳