热弹耦合修形下的大功率行星齿轮传动系统动态特性研究

摘要

课题来源于国家自然科学基金项目“超大功率多行星轮柔性销轴风电齿轮箱均载机理及构型研究”(51405048)。行星齿轮传动系统具有结构紧凑、传动比大、能实现运动的合成和分解和功率分流等诸多优点，被广泛应用于舰船传动、风电装备、核能装备、海洋平台等诸多国家重大装备工程领域。为适应装备的大型化发展，行星齿轮传动系统也向着大功率、重载化方向发展。同时行星齿轮结构复杂，非线性因素丰富，大功率下系统还会发生不可忽略的热变形，加剧行星齿轮传动系统的振动和啮合冲击。
　　本文以大功率行星齿轮传动系统为研究对象，针对啮合冲击和振动问题，综合考虑热弹耦合和啮合错位因素，对行星齿轮传动系统进行修形设计，通过热弹耦合接触分析、齿廓偏差下的啮合刚度和传递误差分析、行星齿轮系统动态特性分析、响应面模型分析，得到热弹耦合下修形参数对行星齿轮系统动态特性的影响规律，并通过优化设计得到最佳的修形参数组合。
　　论文主要研究内容如下:
　　1)综合行星齿轮系统传动原理、结构参数、轮齿修形原理和齿面温度场分析理论，建立行星齿轮系统热弹耦合分析模型。选取合理的修形设计参数，对行星齿轮系统进行热弹耦合接触分析，分析系统齿面载荷分布，判断啮合冲击情况，分析齿面温度场分布;研究热弹耦合下的齿廓和齿向修形参数对系统内外啮合副齿面载荷分布和齿面温度场的影响。
　　2)推导温度场引起的热变形、齿廓修形、齿向修形和齿轮轴不平行造成的齿廓偏差分布;建立含齿廓偏差的直齿轮啮合刚度和传递误差分析模型;分析热弹因素对啮合刚度和传递误差的影响，研究热弹耦合下齿廓和齿向修形参数对内外啮合副啮合刚度和传递误差的影响。
　　3)建立行星齿轮系统动力学分析模型，以啮合刚度和传递误差作为系统激励，分析热弹因素对系统动态特性的影响，研究热弹耦合下的齿廓和齿向修形参数对行星齿轮系统动态特性的影响。
　　4)把响应面法引入行星齿轮系统动态特性优化分析中，根据热弹耦合下的动态特性分析结果，选取合适目标函数、设计变量和响应面参数，建立基于响应面法的行星齿轮动态特性优化模型，确定优化目标并获得最优的修形参数组合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 行星齿轮系统动力学研究现状

1．2．2 轮齿修形研究现状

1．2．3 齿轮热弹耦合研究现状

1．3 论文主要研究内容

第二章 基于热弹耦合的行星齿轮系统修形研究

2．1 行星齿轮系统结构和基本原理

2．2 行星齿轮系统热弹耦合接触分析

2．2．1 行星齿轮系统热弹耦合分析模型

2．2．2 齿面接触温度场分析

2．3 渐开线齿轮副设计修形参数的确定

2．3．1 齿廓修形

2．3．2 齿向修形

2．4 热弹耦合修形参数对行星齿轮系统齿面载荷分布的影响分析

2．4．1 齿廓修形参数的影响

2．4．2 齿向修形参数的影响

2．5 热弹耦合修形下的行星齿轮系统齿面接触温度场分析

2．5．1 齿廓修形参数的影响

2．5．2 齿向修形参数的影响

2．6 本章小结

第三章 热弹耦合修形下的啮合刚度和传递误差分析

3．1 行星齿轮系统的激励参数

3．1．1 啮合刚度的能量法推导

3．1．2 传递误差

3．2 含齿廓偏差的齿轮啮合刚度和传递误差分析

3．2．1 含齿廓偏差齿轮的啮合刚度和传递误差计算模型

3．2．2 热弹耦合下的齿廓偏差分析

3．3 热弹因素对啮合刚度与传递误差的影响

3．4 热弹耦合修形下的行星齿轮系统传递误差分析

3．4．1 齿廓修形参数的影响

3．4．2 齿向修形参数的影响

3．5 热弹耦合修形参数对行星齿轮系统啮合刚度的影响分析

3．5．1 齿廓修形参数的影响

3．5．2 齿向修形参数的影响

3．6 本章小结

第四章 热弹耦合修形下的行星齿轮系统动态特性分析

4．1 行星齿轮系统动力学模型

4．1．1 行星齿轮系统构件加速度分析

4．1．2 行星齿轮系统变形协调条件

4．1．3 行星齿轮系统动力学方程

4．2 热弹因素对动态特性的影响

4．3 热弹耦合修形参数对行星齿轮系统动态啮合力的影响分析

4．3．1 齿廓修形参数的影响

4．3．2 齿向修形参数的影响

4．4 热弹耦合修形下的行星齿轮系统振动响应分析

4．4．1 齿廓修形参数的影响

4．4．2 齿向修形参数的影响

4．5 本章小结

第五章 基于响应面法的行星齿轮热弹修形参数优化设计

5．1 响应面抽样方法设计

5．2 响应面模型的建立

5．2．1 响应面模型的种类

5．2．2 响应面模型的构造

5．3 响应面模型显著性检验

5．4．1 目标函数和设计变量的选择

5．4．2 响应面模型的构建

5．4．2 基于响应面法的修形参数优化

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果