基于相位调谐的直齿行星齿轮传动动力学理论与实验研究

发布时间：2020-10-11 18:40

　　 行星传动具有传动比大、结构紧凑、承载能力强和功重比高等诸多优点,广泛应用于航空、舰船、汽车以及其它领域。在某些重要应用中,振动和噪声是需要在设计中着重考虑的因素。本文所做工作为国家自然科学基金《高速行星传动的弹性动力学分析与动态设计方法研究》的一部分,论文研究了行星传动的模态特性以及啮频激励激起的受迫振动响应特征,主要内容如下: 1.研究了行星传动的模态特性。基于纯扭转模型并采用归纳方法揭示了行星传动的典型振动模式和振动模式不清晰现象,指出特征值密集时将不再有清晰的振动模式划分规律;通过求解子特征值问题以解析形式给出了固有频率计算结果;研究了模态跃迁现象并提出了相关的判别准则,并以模态能量为衡量指标分析了模态跃迁对系统动力学特性的影响。 2.研究了行星传动的相位调谐理论。明确指出行星传动模态特性上的三种振动模式与相位调谐理论所指三种振动形式之间具有严格的对应关系;分析了行星轮的齿数对系统动态特性的影响;建立了基于纯扭转模型的相位调谐理论并给出了仿真验证;研究了基本参数对中心构件浮动减振效果的影响,指出若相位调谐现象抑制了中心构件的横向振动,则中心构件浮动将失去减振作用。 3.从随机分析角度研究了行星传动的模态特性。给出了模态数字特征计算方法,分析了模态跃迁导致的模态数字特征突变现象;探讨了由啮频激励引起的共振失效问题,首次以解析形式给出了三种共振模式失效概率的计算方法,并提出了基于相位调谐理论和共振失效概率计算的可靠性设计原则。 4.对长期以来在行星传动基本参数选择上占统治地位的“齿数互质说”提出质疑,首次提出行星传动使用的两种典型工况,提出基于相位调谐理论的基本参数选择方法,并重新设计了行星齿轮减速器的参数系列。 5.以单级2K-H直齿行星传动为实验对象验证了低阶谐振现象以及相位调谐理论的正确性,并验证了本文所提基于相位调谐理论的降噪措施的有效性,其中,低阶谐振现象较明显;相位调谐理论的实验结果与理论分析结果基本相符,但存在不一致的地方,本文对之进行了分析;而降噪措施的实验效果较好,这从一定程度上印证了相位调谐理论的正确性。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TH132.4
【文章目录】：
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 行星齿轮传动发展概况
    1.3 行星齿轮传动弹性动力学研究内容
        1.3.1 行星齿轮传动理论研究
            1.3.1.1 计算模型
            1.3.1.2 模型求解方法
            1.3.1.3 模态特性研究
            1.3.1.4 受迫振动研究
        1.3.2 行星齿轮传动实验研究
    1.4 本文研究内容
第二章 直齿行星齿轮传动动态特性及相位调谐理论研究
    2.1 引言
    2.2 2K-H 直齿行星齿轮传动模型
    2.3 行星齿轮传动参数对动态特性的影响
        2.3.1 行星齿轮传动的三种振动模式
        2.3.2 行星齿轮传动振动模式不清晰现象
        2.3.3 相位调谐理论及其相关问题研究
            2.3.3.1 相位调谐理论的发展历程
            2.3.3.2 相位调谐理论的推导过程
            2.3.3.3 相位调谐理论的仿真研究
            2.3.3.4 相位调谐理论的一点补充
            2.3.3.5 基本参数对中心构件浮动减振效果的影响
    2.4 本章小节
第三章 行星齿轮传动模态统计特性分析及可靠性计算
    3.1 引言
    3.2 行星齿轮传动模态敏感度及模态数字特征计算
        3.2.1 模态敏感度计算
        3.2.2 固有频率数字特征计算
    3.3 仿真算例
    3.4 行星齿轮传动共振失效概率计算
        3.4.1 共振失效函数
        3.4.2 共振失效概率计算
        3.4.3 仿真算例
    3.5 本章小节
第四章 基于纯扭转模型的行星齿轮传动动力学特性研究
    4.1 引言
    4.2 2K-H 直齿行星齿轮传动纯扭转模型
    4.3 行星齿轮传动的模态特性分析
        4.3.1 行星轮振动模式
        4.3.2 扭转振动模式
        4.3.3 振动模式不清晰现象
    4.4 行星齿轮传动模态跃迁现象研究
        4.4.1 固有频率轨迹变化规律
        4.4.2 仿真算例
    4.5 固有频率敏感度分析及其实质
        4.5.1 敏感度分析
        4.5.2 敏感度分析实质
    4.6 基于纯扭转模型的相位调谐理论
        4.6.1 相位调谐理论的推导过程
        4.6.2 仿真算例
    4.7 本章小节
第五章 相位调谐理论实验研究
    5.1 引言
    5.2 实验方案
        5.2.1 实验样机设计
        5.2.2 实验系统介绍
    5.3 实验准备
    5.4 实验
        5.4.1 两个传动方案的啮合相位验证
        5.4.2 敲击法测试固有频率
        5.4.3 共振现象研究
        5.4.4 相位调谐理论验证
            5.4.4.1 低速运转
            5.4.4.2 中速运转
            5.4.4.3 高速运转
        5.4.5 基于相位调谐理论的降噪方法验证
            5.4.5.1 低速运转
            5.4.5.2 中速运转
            5.4.5.3 高速运转
    5.5 本章小节
第六章 行星齿轮传动基本参数的选择
    6.1 引言
    6.2 行星齿轮传动基本参数选择理论
        6.2.1 依据“齿数互质说”的参数选择理论
            6.2.1.1 “齿数互质说”及其来源
            6.2.1.2 浅谈所谓“齿数互质则啮频低、振动小”
            6.2.1.3 设计手册中的基本参数选择方法
        6.2.2 基于相位调谐理论的基本参数选择方法
            6.2.2.1 基于平移-扭转耦合模型的相位调谐理论
            6.2.2.2 基于相位调谐理论的参数选择原则及实施方法研究
    6.3 本章小节
第七章 全文总结与展望
    7.1 全文结论
    7.2 研究展望
附录
参考文献
作者在攻读博士学位期间参加的科研项目和完成的学术论文
致谢

【引证文献】

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本文编号：2836970