圆柱齿轮分扭并车传动系统动力学建模及弹性辐板均载研究

发布时间：2017-06-09 15:16

  本文关键词：圆柱齿轮分扭并车传动系统动力学建模及弹性辐板均载研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直升机传动系统作为直升机的三大关键动部件之一,其性能的优劣直接影响直升机整体性能的高低。区别于一般的地面减速器,直升机主减速器具有高功重比、高减速比、高可靠性、高生存能力等要求,因此常采用功率分流式的传动形式。美国的ART计划中提出了一种分扭-并车式的传动系统,具有结构简单、零部件数量少、传动级数少、功重比大等优点,成为替代传统行星传动系统的重要选择。直升机分扭-并车传动系统的核心问题在于动力学特性复杂以及各支路载荷分配不均。本文针对直升机分扭-并车传动系统的动力学问题以及均载问题进行了研究,重点提出了分扭-并车传动系统的动力学快速建模方法和一种弹性辐板式的均载方案设计。全文的主要工作成果和创新点包括:(1)指出了目前主流的斜齿轮副动力学建模方法的局限性,给出了一种通用性更好的斜齿轮副弯-扭-轴-摆全自由度耦合动力学建模方法。该方法将单个广义位移向啮合线方向投影时不必进行符号判断、避开了将动态啮合力分解到各自由度方向时对分力方向的判断,体现出了利用向量思维建模的简洁性和优越性。以一对斜齿轮副的通用动力学模型为基础,分别推导了多啮合的齿轮系统以及双联齿轮系统的动力学方程。最后,将分扭并车传动齿轮系统看作是多啮合齿轮系统和双联齿轮系统的复合,根据耦合关系直接拼装出其动力学方程。(2)基于前一章的工作建立了某航空齿轮分扭并车传动系统的动力学模型,并进行了无量纲化。研究了动力学模型中质量及惯量参数、啮合刚度和阻尼、支撑刚度及耦合刚度等关键参数的计算取值方法,分析了分扭并车传动系统的啮合动态激励,重点考虑了相位差影响下的啮合刚度激励、基于齿距误差和齿形误差的合成啮合误差激励。利用Matlab的ode45命令,编程对分扭并车传动系统的动态响应进行了数值求解,数值结果表明:该系统的动响应呈现典型的非线性混沌特征,并且两个功率支路之间存在显著的差异性。利用一组数值对照实验探究了导致非线性和差异性的原因,结果表明:啮合误差和啮合相位差都会导致其非线性,而啮合相位差是导致其差异性的原因。(3)为了定量研究航空分扭并车传动系统的动态均载特性,本文给出了动载系数法和均载系数法两种定量衡量方法。为了研究动态均载特性对啮合相位差、啮合刚度、支撑和耦合刚度、误差及工况条件等影响因素的敏感性,本文就上述影响因素做了敏感性分析的数值实验,结果表明:设计合适的相位差和啮合刚度均值、提高支撑刚度、降低耦合刚度、减小第一级齿轮的误差,以及选择合适的输入转速有利于提高分扭并车传动系统的动态均载特性。(4)首先进行了一种双曲线型面弹性辐板式的均载装置设计,分析了其工作原理及均载效能。将弹性辐板的扭转问题简化成变截面梁的弯曲问题,利用材料力学方法解析分析了弹性辐板的扭转刚度及扭转强度。然后,基于辐板刚度、强度与其结构参数的匹配结果,以综合扭转刚度最小、总质量最轻和安全系数最大为优化目标,建立了弹性辐板结构参数的多目标优化数学模型。最后,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA),通过Matlab编程求解,在优化得到的Pareto非劣解集中选择出了一个在所有目标函数上都取得满意结果的“最佳设计”。
【关键词】：直升机 分扭-并车传动 齿轮动力学 弹性辐板 均载技术 NSGA
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 功率分流技术及分扭并车传动系统概述10-12
• 1.3 齿轮动力学及分扭并车传动系统动力学研究现状12-16
• 1.3.1 齿轮系统动力学建模研究概述12-15
• 1.3.2 分扭并车传动系统动力学研究概述15-16
• 1.4 均载技术概述16-17
• 1.4.1 均载特性研究现状16-17
• 1.4.2 常用均载方法概述17
• 1.5 本文的主要研究内容和章节安排17-19
• 第二章 圆柱齿轮分扭并车传动系统动力学快速建模方法19-41
• 2.1 引言19
• 2.2 圆柱齿轮弯-扭-轴-摆全自由度耦合动力学建模19-31
• 2.2.1 一般齿轮副动力学建模方法及其局限性19-20
• 2.2.2 广义位移及广义坐标系的选取20-21
• 2.2.3 沿接触线方向的误差及假设21-22
• 2.2.4 沿啮合线方向的变形量及位移投影矢量22-24
• 2.2.5 动力学方程的建立24-27
• 2.2.6 模型的几种常用简化27-31
• 2.3 分扭并车传动齿轮系的动力学建模方法31-40
• 2.3.1 一分二的齿轮系统动力学模型31-33
• 2.3.2 二合一的齿轮系统动力学模型33-35
• 2.3.3 双联齿轮系统动力学模型35-37
• 2.3.4 分扭并车传动齿轮系的动力学模型37-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 某航空分扭并车传动系统动力学模型及特性分析41-69
• 3.1 某航空齿轮分扭并车传动系统及参数41-42
• 3.2 动力学方程及无量纲化42-44
• 3.3 动力学参数的计算44-53
• 3.3.1 集中质量法计算集中质量及转动惯量44-48
• 3.3.2 啮合刚度的计算48-50
• 3.3.3 支撑刚度及耦合刚度的计算50-52
• 3.3.4 啮合阻尼的求取52-53
• 3.4 分扭并车传动齿轮系统啮合动态激励分析53-60
• 3.4.1 激励的类型和性质53
• 3.4.2 刚度激励53-55
• 3.4.3 误差激励55-60
• 3.5 动态响应分析60-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第四章 航空分扭并车传动系统动态均载特性敏感性研究69-81
• 4.1 引言69
• 4.2 动态均载特性的定量衡量方法69-71
• 4.2.1 动载系数69-70
• 4.2.2 均载系数70-71
• 4.3 动态均载特性对各影响因素的敏感性分析71-79
• 4.3.1 动态均载特性对啮合相位差的敏感性71-72
• 4.3.2 动态均载特性对啮合刚度的敏感性72-74
• 4.3.3 动态均载特性对支撑刚度的敏感性74-75
• 4.3.4 动态均载特性对耦合刚度的敏感性75-77
• 4.3.5 动态均载特性对啮合误差的敏感性77-78
• 4.3.6 动态均载特性对输入转速的敏感性78-79
• 4.4 动态均载特性对各因素敏感性分析总结79-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 弹性辐板均载方案设计与多目标参数优化81-109
• 5.1 引言81
• 5.2 弹性辐板均载装置工作原理及均载效能分析81-85
• 5.2.1 弹性辐板均载装置设计及工作原理分析81-84
• 5.2.2 弹性辐板均载装置的均载效能分析84-85
• 5.3 弹性辐板扭转刚度和强度与结构参数的匹配85-93
• 5.3.1 模型几何参数86-87
• 5.3.2 模型简化及转角方程的推导87-90
• 5.3.3 挠度方程的推导90-91
• 5.3.4 辐板扭转刚度的解析及计算实例91-93
• 5.4 弹性辐板强度与结构参数的匹配93-95
• 5.5 弹性辐板均载装置的多目标参数优化95-107
• 5.5.1 多目标优化数学模型95-99
• 5.5.2 非支配排序遗传算法99-103
• 5.5.3 约束的处理103-104
• 5.5.4 优化结果104-107
• 5.6 本章小结107-109
• 第六章 总结与展望109-113
• 6.1 论文的主要工作与结论109-110
• 6.2 论文的主要创新点110-111
• 6.3 后续研究工作与展望111-113
• 参考文献113-119
• 发表论文与科研情况119-121
• 参加科研情况119
• 发表论文情况119
• 发明专利与软件著作权119-121
• 致谢121-123
• 附录A123-125

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本文编号：435866