基于低耗非对称齿轮的大速比行星齿轮传动动态特性研究

摘要

大速比NGWN(I)型行星齿轮传动，结构紧凑，可实现较大传动比，应用前景广泛。然而在工程实际中，该类传动系统存在效率较低的问题。本文这里采用低耗齿轮来实现传动效率的提升，但由此引入的重合度较小的问题，可能会影响传动系统相关的动力学性能；此外，实际工况条件下的NGWN(I)型传动动力学特性尚不清楚，相关方面的研究还很少。鉴于此，深入研究并分析这类大速比行星齿轮传动的动态特性是十分有必要的。
　　本课题来源于国家973计划（NO.2014CB046304），鉴于NGWN(I)型传动的相关问题，主要开展了如下研究：
　　①针对NGWN(I)型行星传动的动力学方面，首先建立起相应的集中参数模型，然后在此基础上，以各构件为研究对象，基于牛顿第二定律，推导了相应的弹性动力学微分方程。
　　②针对大速比行星传动的动态特性进行了研究。首先研究了传动系统的固有频率和振型，归纳了其相应的振动模式，并基于共振的理论研究了相应的共振转速。然后对系统的动态响应进行了求解，并着重分析了影响系统动载特性的相关因素，从而较为深入地了解了NGWN(I)型传动的动力学特性。
　　③采用低耗齿轮来提升大速比NGWN(I)型传动的效率。该方法通过优化轮齿参数来减小齿轮副重合度以降低啮合功率损失，从而使得传动系统的效率大大提高。但是，考虑到啮合副之间重合度一旦过小，可能会影响到传动系统的振动情况。因此，以低耗齿轮副的重合度为设计变量，分析其相应的振动情况是十分有必要的。基于建立的动力学模型，分别以动载系数和振动烈度（即振动速度的均方根值）作为振动的评价指标，研究结果表明：采用低耗齿轮后，在合适的重合度区间上，传动系统的效率得到有效提升，系统的振动烈度也较为合理；但是低耗齿轮的设计运用，一定程度上使得系统的动载特性变差。
　　④在前面的基础上，对同时采用低耗齿轮和非对称齿轮的传动系统进行联合参数化设计计算，根据多目标设计中主要目标法的研究思路，确定了设计模型中的目标函数和设计变量，并基于模型求解过程合理性的考虑，将设计变量离散，在全域范围内进行计算求解。得到最终的设计结果后，分别从传动效率和动力学性能等方面对设计前后相关数据进行了对比。结果表明，采用低耗、非对称齿轮的优化设计方法是有效可行的，在显著提升传动系统效率的同时，还能保证较好的动力学性能。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容及技术路线

2 大速比行星齿轮传动系统动力学模型

2.1 引言

2.2 大速比行星齿轮传动系统耦合动力学模型

2.3传动系统动力学方程

2.4传动系统动力学模型参数分析

2.5本章小结

3 大速比行星齿轮传动系统动态特性分析

3.1 引言

3.2动力学微分方程求解

3.3大速比行星齿轮传动系统固有特性

3.4 大速比行星齿轮传动系统动态响应

3.5 参数对系统动载系数影响分析

3.6本章小结

4 基于低耗齿轮的大速比传动系统动态特性研究

4.1 引言

4.2 低耗齿轮

4.3大速比行星齿轮传动系统效率优化设计

4.4 基于低耗齿轮的大速比传动系统动力学分析

4.5 本章小结

5 基于低耗非对称齿轮的大速比传动系统动态设计

5.1 引言

5.2 非对称齿轮

5.3 基于低耗非对称齿轮的大速比传动系统动态设计分析

5.4 设计实例及分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目