封閉式行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)由于其承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛地應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車等各個(gè)領(lǐng)域。由于在承受外部激勵(lì)的同時(shí)又承受著自身參數(shù)變化引起的內(nèi)部激勵(lì)，行星系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為十分復(fù)雜，振動(dòng)和噪聲是影響系統(tǒng)可靠性及壽命的關(guān)鍵因素。因此，要提高機(jī)械系統(tǒng)的安全性及可靠性，亟需針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、參數(shù)穩(wěn)定性分析、減振、降噪等動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行深入研究。封閉式行星系統(tǒng)作為行星傳動(dòng)的一種，它所傳遞的扭矩可以從多個(gè)路徑傳遞到負(fù)載。因而，封

2、閉式行星傳動(dòng)可承載更大的扭矩，并且結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比更大，其體積往往比同等額定功率的簡單行星系統(tǒng)更小。近年來，封閉式行星傳動(dòng)系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域，對(duì)其開展動(dòng)態(tài)特性研究，可為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)準(zhǔn)則，具有重要的實(shí)際意義。
　　本文主要對(duì)一種可實(shí)現(xiàn)功率分流（匯流）的兩級(jí)封閉式行星系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了相關(guān)的研究。在傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、固有特性分析、頻響特性分析、系統(tǒng)參數(shù)對(duì)振動(dòng)特性的影響以及實(shí)驗(yàn)研究等方

3、面，取得了一些成果和進(jìn)展。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，推導(dǎo)了系統(tǒng)各構(gòu)件的相對(duì)位移。在相關(guān)合理假設(shè)的前提下，運(yùn)用集中質(zhì)量法，基于第二類Lagrange萬程分別建立了系統(tǒng)的純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型和平移-扭轉(zhuǎn)耦合動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)所建立的兩類動(dòng)力學(xué)模型分析了系統(tǒng)的固有振動(dòng)特性，并依據(jù)固有頻率和振型特征進(jìn)行了歸納和振動(dòng)模式劃分。根據(jù)系統(tǒng)子本征值關(guān)系式，從數(shù)學(xué)意義上證明了振動(dòng)模式劃分的完備性。揭示了行星輪

4、數(shù)目的變化對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響規(guī)律。所建立的模型易于擴(kuò)展，可推廣至任意行星輪數(shù)目和行星傳動(dòng)級(jí)數(shù)的封閉式行星系統(tǒng)，具有普遍的指導(dǎo)意義。
　　對(duì)系統(tǒng)中包含的非線性因素，如時(shí)變嚙合剛度、齒側(cè)間隙及綜合嚙合誤差等進(jìn)行了數(shù)學(xué)意義上的描述，得到非線性、耗散系統(tǒng)的純扭轉(zhuǎn)模型的動(dòng)力學(xué)微分方程組。對(duì)已經(jīng)無量綱化和去除剛體運(yùn)動(dòng)模式的純扭轉(zhuǎn)模型的非線性動(dòng)力學(xué)微分方程組，利用DFT數(shù)值諧波平衡法將其轉(zhuǎn)化成非線性代數(shù)方程組。
　　為進(jìn)一步求解此方程組

5、，運(yùn)用擬牛頓迭代法（BFS秩2）結(jié)合擬弧長算法進(jìn)行數(shù)值求解，綜合分析了頻響特性曲線的幅值跳躍、多值性以及不穩(wěn)定解支等典型的非線性特征。通過變化外激勵(lì)、嚙合剛度、系統(tǒng)阻尼等參數(shù)值，揭示了重要參數(shù)對(duì)兩級(jí)封閉式行星傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。本文為深入研究封閉式行星傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性提供了一種新的方法和途徑。
　　考慮到由于齒側(cè)間隙屬于強(qiáng)非線性因素，多尺度法不能直接應(yīng)用于齒輪系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型求解。本文通過分析時(shí)變嚙合剛度和齒側(cè)

6、間隙兩類非線性因的特點(diǎn)，推導(dǎo)了包含兩類非線性因素的綜合表達(dá)式，使多尺度法能合理應(yīng)用于兩級(jí)封閉式行星系統(tǒng)非線性模型，并且以此推導(dǎo)了系統(tǒng)主共振幅值的近似解析表達(dá)式。對(duì)系統(tǒng)相對(duì)嚙合相位關(guān)系進(jìn)行了深入的研究，推導(dǎo)了任意兩對(duì)齒輪副的相對(duì)嚙合相位?；诙喑叨冉平馕鼋獗磉_(dá)式，揭示了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、相對(duì)嚙合相位以及系統(tǒng)重合度等幾何參數(shù)對(duì)振動(dòng)特性的影響規(guī)律。
　　構(gòu)建了兩級(jí)封閉式行星傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析測試了傳動(dòng)系統(tǒng)的頻響函數(shù)，獲得了系