刚柔耦合行星齿轮减速器仿真研究

发布时间：2017-10-15 06:04

  本文关键词：刚柔耦合行星齿轮减速器仿真研究

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【摘要】：行星齿轮传动因其具有单位体积承载能力大、传动效率高、传动比大等优点被广泛应用于各种高速重载设备的传动机构上。封闭差动式行星齿轮传动是多级行星齿轮传动常用的一种结构形式,相比于一般的行星齿轮传动其结构更加紧凑,因而单位体积承载能力更强。目前市场上还没有见到我国自主研发的封闭差动式行星齿轮减速器的成型产品,为了打破国外在大型高速重载传动设备上的垄断,提高我国机械产品的竞争力,本文以封闭差动式行星齿轮减速器为研究对象,在大量阅读国内外相关文献和理论学习的基础上,利用传统设计方法和现代分析手段进行初步的结构设计和仿真研究。本文的主要工作内容如下： (1)利用传统设计理论对所要研究的封闭差动式行星齿轮减速器的主要构件进行结构参数的设计计算,对齿轮啮合中容易受损的齿面和齿根进行齿面接触强度校核和齿根弯曲强度校核,并对系统的核心构件柔性销进行强度校核；最后根据设计得到的结构参数建立行星齿轮减速器的三维模型。 (2)利用多体系统动力学分析软件ADAMS对导入的行星齿轮减速器三维模型进行整机的运动学分析,将仿真得到的传动比与理论计算值进行对比,二者数值相同；修改约束后进行多刚体动力学分析,将仿真得到的各级齿轮啮合副的啮合力与理论计算值进行对比,发现数值有一定波动,这是由于轮齿在不同的啮合位置啮合力不同以及啮合时有冲击碰撞所造成的。 (3)利用大型有限元分析软件ANSYS对第二级行星齿轮传动结构中承载较大的系统关键构件柔性销进行静力学有限元仿真分析以及对理论计算中应力较大的第一级行星齿轮传动的太阳轮与行星轮这一对齿轮啮合副进行三维有限元接触分析,仿真结果均能够满足相应的强度要求。 (4)在多刚体系统动力学分析的基础上,考虑系统关键构件柔性销的弹性变形,利用有限元分析软件ANSYS对柔性销进行柔性化处理,得到柔性销的模态中性文件,导入ADAMS中进行刚柔耦合动力学仿真分析,得到柔性体柔性销的应力云图,其最大值比静力学有限元仿真结果稍大,但远小于许用应力；将齿轮副啮合力仿真结果与多刚体系统动力学分析的仿真结果进行对比,发现使用刚柔耦合模型进行动力学仿真所得到的啮合力曲线的数值波动明显比使用刚体模型进行动力学仿真得到的啮合力曲线的数值波动要小很多。 封闭差动式行星齿轮减速器因其使用了集成式柔性销轴承这一构件从而有效减小了齿轮接触时的峰值载荷,相比于一般的行星齿轮减速器具有更强的单位体积承载能力。本文以国内外重载设备中普遍使用的行星齿轮减速器的性能参数为例介绍了封闭差动式行星齿轮减速器的设计计算和仿真分析方法,为以后该类型产品的深入研究和实际生产奠定了基础。
【关键词】：刚柔耦合 行星齿轮 封闭差动 ADAMS ANSYS
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 行星齿轮传动技术概述13-17
• 1.2.1 发展历史13-15
• 1.2.2 分类15-16
• 1.2.3 封闭差动式行星齿轮传动16-17
• 1.3 刚柔耦合多体系统国内外研究现状17-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 第2章 设计计算及模型建立21-43
• 2.1 行星齿轮减速器结构特点21
• 2.2 行星齿轮减速器设计计算21-41
• 2.2.1 确定设计所需初始条件22
• 2.2.2 功率分配计算22-23
• 2.2.3 齿轮齿数计算23-27
• 2.2.4 校核计算27-38
• 2.2.5 柔性销设计分析38-41
• 2.2.6 行星架设计41
• 2.3 三维模型建立41
• 2.4 本章小结41-43
• 第3章 行星齿轮减速器运动学及动力学仿真43-60
• 3.1 ADAMS软件介绍43
• 3.2 行星齿轮减速器运动学仿真43-49
• 3.2.1 ADAMS与Pro/ENGINEER之间的数据转换43-44
• 3.2.2 模型简化及导入44-45
• 3.2.3 添加约束及驱动45-46
• 3.2.4 仿真及结果分析46-49
• 3.3 行星齿轮减速器动力学仿真49-59
• 3.3.1 齿轮接触定义49-54
• 3.3.2 修改约束54-55
• 3.3.3 仿真及结果分析55-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第4章 柔性销及轮齿的有限元仿真分析60-69
• 4.1 有限元仿真分析概述60-61
• 4.2 Pro/ENGINEER向ANSYS导入模型数据61-62
• 4.3 柔性销有限元仿真分析62-65
• 4.3.1 模型导入62
• 4.3.2 生成有限元模型62-64
• 4.3.3 施加约束、载荷及求解64
• 4.3.4 后处理及结果分析64-65
• 4.4 轮齿接触有限元分析65-68
• 4.4.1 前处理65-67
• 4.4.2 求解及结果后处理67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 行星齿轮减速器刚柔耦合仿真分析69-78
• 5.1 ADAMS中柔性体模型的生成69
• 5.2 柔性销模态分析69-73
• 5.3 刚柔耦合仿真分析73-77
• 5.3.1 ADAMS中刚柔耦合模型的建立73-74
• 5.3.2 仿真及结果分析74-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86

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本文编号：1035466