多级斜齿行星齿轮传动系统动力学研究

发布时间：2017-09-15 23:00

  本文关键词：多级斜齿行星齿轮传动系统动力学研究

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【摘要】：多级行星齿轮传动系统采用多个行星轮共同承担载荷,形成功率分流；具有传动比大、结构紧凑、效率高、承载能力大、传动平稳等诸多优点,在众多的机械工业产品中应用广泛。但由于制造安装过程中不可避免的误差激励和轮齿时变啮合刚度激励以及啮合冲击等因素的影响,行星齿轮传动系统很难实现载荷在行星轮间均匀分配,载荷不均匀分配引起振动与噪声,严重影响传动装置的稳定性与可靠性。因此,针对多级斜齿行星齿轮传动系统,有必要进行深入的动力学研究,剖析系统动力学均载特性与误差及刚度之间的关系,为改善系统均载特性提出相应的措施。本论文围绕这一目的,开展了相关研究,主要内容如下：首先,采用集中质量法建立多级斜齿行星齿轮传动系统动力学模型。考虑每一个构件三个正交方向位移和绕轴向扭转位移,综合考虑时变啮合刚度激励,制造安装误差位移激励。建立弹性变形协调条件描述误差、振动位移和弹性变形三者之间的关系,并根据牛顿第二定律,建立系统振动微分方程组。其次,提出行星齿轮均载系数定义和计算公式,采用动力学均载系数评价系统均载特性。以2MW风力发电齿轮箱为例,计算得到动力学模型中的参数,如转动惯量、啮合阻尼、行星架扭转刚度和啮合刚度等参数。对所创建的二阶系统微分方程降阶,运用Rung-kutta数值法求解得到系统各构件振动位移、速度和加速度,结合弹性变形协调方程,确定各个啮合副弹性变形,进一步得到系统动力学均载系数。再次,开展了2MW风力发电齿轮箱均载特性实验。分别在内齿圈相邻2π/n相位齿根处粘贴应变片,采样频率为2000Hz,记录得到不同齿根处的应变分布形态。以行星架转动1/n圈为周期,求取一次齿根应变最大值,并将其保存到应变矩阵中,根据实验方法中均载系数的计算公式处理应变矩阵；计算得到不同工况下内啮合均载系数,与动力学模型计算得到的数据对比,验证了集中质量法动力学模型的正确性。最后,以3MW风力发电齿轮箱为研究对象,分别得到系统各级行星轮系统动力学均载系数曲线。从均载特性优化角度考虑,研究了系统误差对均载特性的影响,均载系数对各构件偏心误差敏感度排序为：行星轮、太阳轮、行星架和内齿圈。分别对比分析了中心构件(太阳轮、行星架)的单独浮动和联合浮动对均载性能的影响,发现联合浮动优于单独浮动,太阳轮浮动好于行星架浮动。
【关键词】：多级斜齿行星齿轮传动 动力学模型 均载特性实验 均载性能分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 行星传动系统动力学模型研究现状10-11
• 1.2.2 行星传动系统动力学均载特性研究现状11-12
• 1.2.3 齿轮传动实验研究现状12-13
• 1.3 本文研究方法13
• 1.4 本文研究内容13-15
• 2 多级斜齿行星齿轮传动系统动力学模型15-35
• 2.1 基本假设15
• 2.2 坐标系定义15-16
• 2.3 动坐标系下的惯性加速度16-17
• 2.4 弹性变形协调方程17-20
• 2.4.1 行星轮系外啮合副18
• 2.4.2 行星轮系内啮合副18-19
• 2.4.3 固定啮合副19-20
• 2.5 振动激励分析20-25
• 2.5.1 时变啮合刚度激励20-21
• 2.5.2 等效啮合误差激励21-25
• 2.6 三级行星齿轮传动系统振动微分方程25-34
• 2.6.1 输入级振动微分方程25-31
• 2.6.2 中间级振动微分方程31-33
• 2.6.3 输出级振动微分方程33-34
• 2.7 动力学方程的简化34
• 2.8 本章总结34-35
• 3 多级行星齿轮传动系统动力学均载特性研究35-47
• 3.1 动力学均载系数计算35-37
• 3.1.1 轮齿啮合力求解35-36
• 3.1.2 均载系数定义36-37
• 3.2 模型中主要参数确定37-38
• 3.2.1 转动惯量37
• 3.2.2 行星架扭转刚度37
• 3.2.3 齿轮副间阻尼37-38
• 3.2.4 连接轴扭转刚度和阻尼38
• 3.3 模型求解方法38-41
• 3.3.1 高阶微分方程降阶处理38-39
• 3.3.2 Runge-Kutta数值积分法39-41
• 3.4 算例41-46
• 3.4.1 系统参数41-42
• 3.4.2 动力学模型中参数42-43
• 3.4.3 2MW风力发电齿轮箱均载特性43-46
• 3.5 本章总结46-47
• 4 风力发电齿轮箱均载特性实验47-67
• 4.1 实验对象47-48
• 4.2 试验台结构48-49
• 4.3 应变片粘贴49-52
• 4.4 齿根应变数据分布形态52-55
• 4.4.1 第一级内齿圈齿根应变分布52-53
• 4.4.2 第二级内齿圈齿根应变分布53-54
• 4.4.3 轮齿受载位置与应变类型54-55
• 4.5 应变数据处理及均载系数计算55-59
• 4.5.1 应变数据处理55-57
• 4.5.2 均载系数计算57-59
• 4.6 各工况动态均载系数计算59-65
• 4.6.1 100%额定载荷工况59-61
• 4.6.2 80%额定载荷工况61-62
• 4.6.3 60%额定载荷工况62-63
• 4.6.4 40%额定载荷工况63-64
• 4.6.5 20%额定载荷工况64-65
• 4.7 动力学模型与均载特性实验对比65-66
• 4.8 本章总结66-67
• 5 3MW风力发电齿轮箱动力学分析及均载特性优化67-79
• 5.1 3MW风力发电齿轮箱均载性能67-72
• 5.1.1 行星齿轮传动系统基本参数67-68
• 5.1.2 系统动力学特性68-72
• 5.2 系统误差对均载性能影响72-75
• 5.2.1 第一级各构件误差对均载系数影响72-74
• 5.2.2 第二级各构件误差对均载系数影响74-75
• 5.3 构件浮动对均载系数影响75-76
• 5.4 柔性销均载性能分析76-77
• 5.4.1 柔性销结构76-77
• 5.4.2 柔性销均载特性77
• 5.5 本章总结77-79
• 结论79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王均刚;王勇;霍志璞;;风电齿轮箱多级行星齿轮耦合传动系统数学建模及振型[J];四川大学学报(工程科学版);2013年03期

2 董皓;方宗德;王宝宾;杜进辅;;基于变形协调和间隙浮动的双路功率分流系统均载特性分析[J];航空动力学报;2013年04期

3 肖正明;秦大同;尹志宏;;多级行星齿轮系统耦合动力学分析与试验研究[J];机械工程学报;2012年23期

4 陈会涛;秦大同;吴晓铃;周志刚;杨军;;考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性[J];机械工程学报;2012年21期

5 刘文彬;刘更;李阳;;串联型行星齿轮传动系统均载特性分析[J];机械传动;2012年07期

6 秦大同;肖正明;王建宏;;基于啮合相位分析的盾构机减速器多级行星齿轮传动动力学特性[J];机械工程学报;2011年23期

7 徐向阳;朱才朝;张晓蓉;汪文霖;陈虎毅;;大功率船用齿轮箱试验模态分析[J];振动与冲击;2011年07期

8 尚珍;刘忠明;王长明;;双浮动行星齿轮传动非线性动力学均载及浮动量分析[J];机械科学与技术;2011年04期

9 巫世晶;刘振皓;王晓笋;朱恩涌;;基于谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动态特性[J];机械工程学报;2011年01期

10 巫世晶;任辉;朱恩涌;王兴;徐启发;潜波;;行星齿轮传动系统动力学研究进展[J];武汉大学学报(工学版);2010年03期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王均刚;载荷分流式增速行星齿轮传动机构动态性能研究[D];山东大学;2014年

2 张立勇;大型风电齿轮箱均载性能研究及优化[D];机械科学研究总院;2009年

3 杨通强;斜齿行星传动动力学研究[D];天津大学;2004年

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本文编号：859391