封闭差动行星轮系动力学优化设计研究

发布时间：2017-08-31 07:18

  本文关键词：封闭差动行星轮系动力学优化设计研究

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【摘要】：现代齿轮传动技术向高速和重载方向快速发展，对动态性能的要求也越来越高，传统的设计方法难以满足设计要求。在设计阶段考虑动态因素的影响，预测齿轮副动态性能尤为重要。齿轮传动系统的动载特性对系统的动态性能和工作可靠性有很大影响。本文对差动和封闭差动行星齿轮传动系统开展基于动载特性的动力学优化设计的研究。 基于集中参数法，建立了差动行星齿轮传动系统的动力学分析模型。模型中考虑了时变啮合刚度、啮合阻尼、齿轮偏心误差和外部激励等参数。安装误差和制造偏心误差包含在齿轮的偏心误差中，推导了误差的当量啮合误差计算公式，各个中心位移等效为相应啮合线上的位移。根据牛顿第二定律，得到了差动行星齿轮传动系统的动力学平衡方程。通过消除系统的刚体位移并对方程进行无量纲化处理，应用4-5阶Runge-Kutta数值积分法对方程进行了求解并得到系统的固有特性和动载系数历程，研究了误差和支撑刚度等系统参数对系统最大动载系数的影响。 基于差动行星齿轮传动系统动力学的求解结果，对系统进行了动力学优化设计。通过分析研究，选择了合理的优化设计变量和约束条件。以动载系数计算值与给定值之间偏离度为目标函数，调用MATLAB中的fmincon函数进行求解。另外，研究了齿数给定变位非等模数非等压力角和齿数给定非变位等模数等压力角两种优化设计方案。分析了输入转速和功率对目标函数值的影响，为合理选择工况提供参考。分析了各个优化设计变量对优化结果的影响。研究表明：动力学优化设计效果明显，为多设计变量、多约束条件的齿轮传动系统动力学优化设计提供了一种可靠有效的设计方法。 对封闭差动行星齿轮传动系统进行了动力学优化设计研究。基于现有对封闭差动行星齿轮传动系统动载特性的研究，选择合理的优化设计变量和约束条件。以动载系数计算值与给定值之间偏离度为目标函数，调用MATLAB中的fmincon函数进行求解。研究了齿数给定变位两级非等模数非等压力角和齿数给定非变位两级等模数等压力角两种优化设计方案，分析了各个优化设计变量对优化结果的影响。研究表明：动力学优化设计效果明显。在各个优化设计方案中，设计变量对优化结果的影响效果不同，需要具体方案具体分析。 根据理论分析的结果和实际的使用需求，以MATLAB软件为平台，，开发出一套关于差动和封闭差动行星齿轮传动系统动力学分析及动力学优化设计的工程分析软件。
【关键词】：差动行星轮系 封闭差动行星轮系 动载系数 动力学 动力学优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图清单9-11
• 表清单11-12
• 注释表12-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 论文选题背景14
• 1.2 行星齿轮传动系统的动力学及其优化设计研究现状14-17
• 1.2.1 动力学特性研究14-16
• 1.2.2 动力学优化设计研究16-17
• 1.3 本文的研究内容17-18
• 第二章 差动行星齿轮传动系统动载特性分析18-40
• 2.1 引言18
• 2.2 差动行星齿轮传动系统动力学模型18-21
• 2.3 差动行星齿轮传动系统动力学方程及求解方法21-32
• 2.3.1 动力学方程21-22
• 2.3.2 动力学方程的求解方法22-23
• 2.3.3 齿轮副啮合力的计算23-32
• 2.3.4 动载系数的计算32
• 2.4 动力学特性分析32-37
• 2.4.1 固有频率及振型32-35
• 2.4.2 动载系数35-37
• 2.5 主要参数对系统动载系数的影响分析37-39
• 2.5.1 误差对系统最大动载系数的影响分析37-38
• 2.5.2 刚度对系统最大动载系数的影响分析38-39
• 2.5.3 阻尼比对系统最大动载系数的影响分析39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 差动行星齿轮传动系统动力学优化设计与分析40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 动态优化设计特征概述40-41
• 3.3 差动行星齿轮传动系统的动力学优化设计41-47
• 3.3.1 差动行星齿轮传动系统动力学优化设计数学模型41-46
• 3.3.2 基于 MATLAB 的差动行星齿轮传动系统的优化设计方法46
• 3.3.3 差动行星齿轮传动系统动力学优化设计研究46-47
• 3.4 动力学优化设计方案分析研究47-48
• 3.4.1 齿数给定变位非等模数非等压力角优化设计方案47
• 3.4.2 齿数给定非变位等模数等压力角优化设计方案47-48
• 3.5 设计变量与工况因素对优化结果的影响分析48-51
• 3.5.1 设计变量对优化结果的影响分析48-50
• 3.5.2 工况因素对优化结果的影响分析50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 封闭差动行星齿轮传动系统的动力学优化设计与分析52-63
• 4.1 引言52
• 4.2 封闭差动行星齿轮传动系统动力学优化设计数学模型52-58
• 4.2.1 目标函数53-54
• 4.2.2 设计变量的选取54-58
• 4.2.3 约束条件58
• 4.3 基于 MATLAB 的封闭差动行星齿轮传动系统动力学优化设计58-59
• 4.4 动力学优化设计方案分析研究59-60
• 4.4.1 齿数给定变位两级非等模数非等压力角优化设计方案59-60
• 4.4.2 齿数给定非变位两级等模数等压力角优化设计方案60
• 4.5 设计变量对优化设计结果的影响研究60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 封闭差动行星齿轮传动系统动力学优化设计软件开发63-72
• 5.1 引言63
• 5.2 差动行星齿轮传动系统动力学优化设计软件模块的设计63-67
• 5.3 封闭差动行星齿轮传动系统动力学优化设计软件模块的设计67-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 本文的主要工作和结论72
• 6.2 工作展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在学期间发表的学术论文79

【参考文献】

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本文编号：764214