封閉式行星齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性研究.pdf

1、行星齒輪傳動系統(tǒng)由于其承載能力大、結構緊湊，廣泛地應用于航空航天、船舶、汽車等各個領域。由于在承受外部激勵的同時又承受著自身參數(shù)變化引起的內(nèi)部激勵，行星系統(tǒng)的動力學行為十分復雜，振動和噪聲是影響系統(tǒng)可靠性及壽命的關鍵因素。因此，要提高機械系統(tǒng)的安全性及可靠性，亟需針對機械傳動系統(tǒng)的動力學建模、動態(tài)響應分析、參數(shù)穩(wěn)定性分析、減振、降噪等動態(tài)特征進行深入研究。封閉式行星系統(tǒng)作為行星傳動的一種，它所傳遞的扭矩可以從多個路徑傳遞到負載。因而，封

2、閉式行星傳動可承載更大的扭矩，并且結構緊湊，傳動比更大，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，封閉式行星傳動系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)點，越來越多的應用在機械傳動領域，對其開展動態(tài)特性研究，可為優(yōu)化設計提供理論基礎和指導準則，具有重要的實際意義。
　　本文主要對一種可實現(xiàn)功率分流（匯流）的兩級封閉式行星系統(tǒng)的動態(tài)特性進行了相關的研究。在傳動系統(tǒng)數(shù)學模型的建立、固有特性分析、頻響特性分析、系統(tǒng)參數(shù)對振動特性的影響以及實驗研究等方

3、面，取得了一些成果和進展。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　根據(jù)傳動系統(tǒng)各個構件的運動學關系，推導了系統(tǒng)各構件的相對位移。在相關合理假設的前提下，運用集中質量法，基于第二類Lagrange萬程分別建立了系統(tǒng)的純扭轉動力學模型和平移-扭轉耦合動力學模型。根據(jù)所建立的兩類動力學模型分析了系統(tǒng)的固有振動特性，并依據(jù)固有頻率和振型特征進行了歸納和振動模式劃分。根據(jù)系統(tǒng)子本征值關系式，從數(shù)學意義上證明了振動模式劃分的完備性。揭示了行星輪

4、數(shù)目的變化對系統(tǒng)固有頻率的影響規(guī)律。所建立的模型易于擴展，可推廣至任意行星輪數(shù)目和行星傳動級數(shù)的封閉式行星系統(tǒng)，具有普遍的指導意義。
　　對系統(tǒng)中包含的非線性因素，如時變嚙合剛度、齒側間隙及綜合嚙合誤差等進行了數(shù)學意義上的描述，得到非線性、耗散系統(tǒng)的純扭轉模型的動力學微分方程組。對已經(jīng)無量綱化和去除剛體運動模式的純扭轉模型的非線性動力學微分方程組，利用DFT數(shù)值諧波平衡法將其轉化成非線性代數(shù)方程組。
　　為進一步求解此方程組

5、，運用擬牛頓迭代法（BFS秩2）結合擬弧長算法進行數(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、嚙合剛度、系統(tǒng)阻尼等參數(shù)值，揭示了重要參數(shù)對兩級封閉式行星傳動系統(tǒng)非線性動態(tài)特性的影響規(guī)律。本文為深入研究封閉式行星傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性提供了一種新的方法和途徑。
　　考慮到由于齒側間隙屬于強非線性因素，多尺度法不能直接應用于齒輪系統(tǒng)非線性動力學模型求解。本文通過分析時變嚙合剛度和齒側

6、間隙兩類非線性因的特點，推導了包含兩類非線性因素的綜合表達式，使多尺度法能合理應用于兩級封閉式行星系統(tǒng)非線性模型，并且以此推導了系統(tǒng)主共振幅值的近似解析表達式。對系統(tǒng)相對嚙合相位關系進行了深入的研究，推導了任意兩對齒輪副的相對嚙合相位?；诙喑叨冉平馕鼋獗磉_式，揭示了系統(tǒng)結構、相對嚙合相位以及系統(tǒng)重合度等幾何參數(shù)對振動特性的影響規(guī)律。
　　構建了兩級封閉式行星傳動系統(tǒng)的實驗平臺。通過實驗模態(tài)分析測試了傳動系統(tǒng)的頻響函數(shù)，獲得了系