柔性销轴式人字齿星型轮系动态特性及均载性能研究

发布时间：2020-07-07 03:46

【摘要】：相比于传统的平行轴齿轮副传动,人字齿星型轮系具有体积小、重量轻、承载能力大等优点,广泛应用于汽车、船舶、航空、航天等领域。然而在实际工程应用中,由于不可避免的制造误差、安装误差、轮齿弹性变形等,载荷无法实现在星型轮系各路功率分流间均匀分配,从而降低了整个系统承载能力,还会引起部分构件过载和振动噪声问题。为了适应当前星型轮系向着高速重载方向的发展,在传统齿轮传动系统中增加柔性支撑较好地解决了这一难题,但在人字齿类型的星型轮系中还鲜有学者对该技术展开深入研究,这对于复杂星型轮系进一步发展造成困难。本文以GTF人字齿星型轮系为研究对象,基于系统的动力学模型,在考虑各种动态激励同时引入柔性销轴,对柔性销轴式人字齿星型轮系的固有振动特性、动态响应、动力学均载特性等展开深入研究,为人字齿星型轮系均载系数确定、误差控制以及柔性销结构设计提供理论依据。具体研究内容如下:1)基于广义有限元思想,在引入不同结构柔性销轴的同时,借助空间梁单元理论,将人字齿星型轮系等效为相互耦合的轴系单元,分析并推导了各个轴段之间的耦合关系,考虑了齿轮时变啮合刚度、系统误差、轴段结构柔性的影响,建立了柔性销轴式人字齿星型轮系的整体动力学模型,为人字齿星型传动系统固有振动特性、动态响应以及均载性能的研究奠定了基础。2)结合GTF人字齿星型轮系总体动力学模型,推导了齿轮时变啮合刚度、当量啮合误差等主要激励的计算公式,根据固有特性的计算原理求解了不同销轴支撑下系统的固有频率,并归纳了系统各阶频率所对应的主要振型;分析了系统各种类型模态能量的分布规律,并研究了系统参数对各阶模态的影响规律。3)基于所建立的GTF星型轮系动力学模型和动态激励参数,采用数值分析方法求解了非线性动力学微分方程,得到了系统在稳态工况(输入转速9000 r/min,输入功率120 kW)下各齿轮节点的时域响应,包括节点各个自由度方向上的振动位移、振动速度和振动加速度;基于动力学响应得到了系统内外啮合的动态啮合力,并研究了系统工况参数、刚度参数以及不同销轴结构对齿轮动态啮合力的影响规律,为传动系统动力学减振降噪提供重要参考指标。4)从动态啮合力出发,定义了人字齿星型轮系动态均载系数的计算方法,得到了稳态工况下GTF人字齿星型轮系的均载系数,分析了销轴结构、误差以及工况等参数对系统均载性能的影响规律;此外基于系统的均载特性建立了柔性销轴结构优化数学模型,以系统均载系数和销轴弯曲应力最小为目标函数,对FJ柔性销轴的结构尺寸进行优化,为星型轮系的柔性销轴结构设计和优化提供理论依据。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH113.1
【图文】：

重庆大学硕士学位论文 动系统表现出非常复杂的非线性耦合振动特性，在综合考虑以上各种因素的基础上，传统解析方法难以全面地描述其动力学特性。但理论和实践均证明，多功率分流齿轮传动系统的动力学特性对齿轮系统疲劳寿命、可靠性等有显著影响[6,7]。因此，采用现代技术和手段，深入了解齿轮系统动力学特性及振动机理，并据此研究系统减振降噪措施和提高齿轮系统承载能力，己成为当前齿轮设计亟需解决的问题[8]。

(a) 纯扭转动力学模型 (b) 平移—扭rucumsmukrmkrukmcususmkmsxksykcykcusmkrmksumumxkmykmzks c r, ,z z zk k kyy yx xy

重庆大学硕士学位论文 星轮系的平面二维有限元接触模型(如图 1.4(a))，结合传统有限元分析和 Bousinesq方法进行求解，并与分析模型进行了对比，得到了十分吻合的结果。之后，Singh[30]在二维有限元基础上又建立了斜齿行星轮系三维有限元模型(如图 1.4(b))，并以此为基础研究了齿轮销孔切向误差、行星轮个数和均载系数之间的关系。

【参考文献】

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本文编号：2744603