發(fā)布時(shí)間：2018-01-02 18:12

  本文關(guān)鍵詞：基于增量諧波平衡法的行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究　出處：《東北大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：行星齒輪系統(tǒng)作為一種重要的傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力的機(jī)械機(jī)構(gòu),廣泛被運(yùn)用于航天、采礦等機(jī)械部件中。和一般的定軸齒輪傳動(dòng)相比,它具有重量輕、體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn),同時(shí)最顯著的是它在傳遞動(dòng)力時(shí)可以進(jìn)行功率分流,并且輸入軸和輸出軸處在同一水平線上。但是由于行星齒輪的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)復(fù)雜,其振動(dòng)和噪聲問題也比較突出,從而影響到設(shè)備的運(yùn)行精度、傳遞效率和使用壽命。因此,對(duì)行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行深入研究,以降低系統(tǒng)的振動(dòng)和噪音,具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。在對(duì)行星齒輪的研究過程中,發(fā)現(xiàn)由于其轉(zhuǎn)動(dòng)過程中由于其轉(zhuǎn)動(dòng)方向缺乏約束,建立的動(dòng)力學(xué)方程是半正定的,不能通過增量諧波平衡法求解,計(jì)算響應(yīng)缺乏時(shí)效性。 本文主要提出一種能將半正定系統(tǒng)正定化的普遍方法,并將其適用于從簡單的單層到復(fù)合的行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并且通過增量諧波平衡法與Newmark-β法對(duì)多種行星齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證本文方法的正確性、精確性與時(shí)效性。同時(shí),本文還分析其時(shí)變嚙合剛度、齒側(cè)間隙及誤差激勵(lì)對(duì)單層行星齒輪系統(tǒng)的影響。本文主要研究內(nèi)容具體如下： 首先,本文分別選取單層行星齒輪系統(tǒng)、單系桿復(fù)合行星齒輪系統(tǒng)和雙系桿復(fù)合行星齒輪系統(tǒng)三種行星齒輪系統(tǒng)為研究對(duì)象,建立三種行星齒輪的物理模型,并通過一些合理假定,運(yùn)用牛頓第二定律或者拉格朗日方程,分別對(duì)三種行星齒輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及受力分析,得到三種系統(tǒng)的半正定純扭轉(zhuǎn)振動(dòng)微分方程,并給出各個(gè)矩陣詳細(xì)的推導(dǎo)過程與結(jié)果。在此基礎(chǔ)之上,本文還著重分析三種行星齒輪系統(tǒng)中各個(gè)齒輪嚙合的相對(duì)位移關(guān)系,結(jié)合線性代數(shù)知識(shí),對(duì)半正定的純扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行簡化,提出一種可以將行星齒輪系統(tǒng)由半正定系統(tǒng)進(jìn)行正定化的普遍方法,克服了此類動(dòng)力學(xué)方程無法用IHB法求解的難題。 再次,本文研究了單層行星齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,包括不同齒側(cè)間隙下對(duì)單層行星齒輪系統(tǒng)的影響。研究結(jié)果表明：振幅的跳躍現(xiàn)象先隨著齒側(cè)間隙的增大而更為明顯,同時(shí)增大到一定程度是會(huì)伴隨著滯后環(huán)的出現(xiàn)。但是,當(dāng)齒側(cè)間隙繼續(xù)增大時(shí),滯后環(huán)逐漸減小直至消失,振幅跳躍現(xiàn)象也逐漸減弱。本文還研究了誤差激勵(lì)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響,結(jié)果表明：由于誤差激勵(lì)的存在,并且誤差激勵(lì)中一方面包含外激勵(lì)頻率,還含有嚙合頻率及白噪聲所包含的各種非預(yù)計(jì)的高頻噪聲。因此,單層行星齒輪在做類簡諧運(yùn)動(dòng)的同時(shí),還包含了各種幅值不一,頻率難以預(yù)料的小幅振動(dòng)。 最后,本文論述了該正定化方法的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。通過Newmark-β法與IHB法在計(jì)算穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與幅頻響應(yīng)曲線時(shí)間的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)增量諧波平衡法大大縮短了計(jì)算時(shí)間,計(jì)算效率大大提高。特別是反映在需要計(jì)算多步的計(jì)算幅頻響應(yīng)曲線上,體現(xiàn)增量諧波平衡法的時(shí)效性,也印證了本文所提出的正定化方法的實(shí)用性與必要性。同時(shí),通過Newmark-β法計(jì)算半正定系統(tǒng)與正定系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與幅頻響應(yīng)曲線上的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果完全吻合,體現(xiàn)了本文正定化方法的正確性與精確性。
[Abstract]:The planetary gear system is widely used in mechanical parts such as aerospace , mining and so on . It has the advantages of light weight , small volume , compact structure and stable operation . In this paper , we propose a universal method that can positively definite semi - positive definite system , and apply it to the dynamic model of planetary gear system from simple single layer to compound , and compare the results of dynamic response of many planetary gear systems by incremental harmonic balance method and Newmark - 尾 method . The influence of the time - varying meshing stiffness , backlash and error excitation on single - layer planetary gear system is also analyzed . Firstly , the three planetary gear systems of single - layer planetary gear system , single - system rod compound planetary gear system and double - system - rod composite planetary gear system are selected as the research objects , the physical model of three kinds of planetary gears is established . This paper deals with the dynamic characteristics of single - layer planetary gear system , including the influence of different backlash on single - layer planetary gear system . In the end , the timeliness and accuracy of this method are discussed in this paper . Through the comparison of Newmark - 尾 and IHB method in calculating steady - state response and amplitude - frequency response curve time , it is found that incremental harmonic balance method greatly shortens calculation time and improves the efficiency .

【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH132.41

【參考文獻(xiàn)】

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1 鮑和云;朱如鵬;靳廣虎;朱自冰;;基于增量諧波平衡法的星型齒輪傳動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2008年08期

2 孫智民,沈允文,李素有;封閉行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2002年02期

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9 劉振皓;巫世晶;王曉筍;潛波;;基于增量諧波平衡法的復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)[J];振動(dòng)與沖擊;2012年03期

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本文編號(hào)：1370347