多级行星传动系统模块化动力学仿真平台设计

摘要

行星传动系统具有体积小、质量轻、结构紧凑、承载能力强等优点,广泛应用于机械、航空、航天、汽车、舰船等领域。由于行星传动系统的振动和噪声是影响系统可靠性、寿命和工作环境的关键因素,所以国内外学者对行星传动系统的动力学特性进行了较多研究。目前国内外针对单级行星传动系统的动力学研究已经比较成熟,但针对多级行星传动系统的动力学研究却不多见。然而在工程实际应用中,行星传动系统多采用多级或者复合传动。空间机械臂关节多采用多级行星传动,对其进行动力学仿真计算分析,为设计出具有优良动力学特性的机械臂关节提供指导。
　　综合考虑啮合刚度、阻尼、摩擦、齿侧间隙和行星轮轴轴承支撑刚度等因素,利用集中参数法建立了多级行星传动系统的修正扭转模型。基于此模型使用模块化方法,建立了四级模块模型,通过集成四级模块生成多级行星传动系统的非线性动力学微分方程组。
　　基于模块化思想,对多级行星传动系统固有特性进行了研究。将质量矩阵和刚度矩阵分别分为三个模块,分别是行星架模块、太阳轮模块和行星轮模块。编写了计算固有特性的通用程序,并以空间机械臂关节用四级2K-H行星传动系统为例,计算了其固有频率和振动矢量,得到了多级行星传动系统的三种振动模态。并对其固有频率的参数敏感度进行了分析。
　　对多级行星传动系统的动力学特性进行了分析。使用数值积分法求解传动系统的动态响应,将模块化建模模型与整体建模模型计算的动态响应结果进行对比,验证了模块化建模模型的适用性和有效性。
　　通过多级行星传动系统动力学模型建立、固有特性和动态响应模块化计算分析,绘制了机械臂用多级行星传动系统模块化动力学仿真平台的逻辑流程图,用 MATLAB软件设计了应用于机械臂用多级行星传动系统模块化动力学仿真平台。该传动系统模块化动力学仿真平台集动力学模型建立和动力学特性计算于一体,并以四级2K-H行星传动系统为例验证了仿真平台的适用性和可行性。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 行星传动系统动力学国内外研究现状

1.2.1 行星传动动力学模型研究现状

1.2.2 行星传动固有特性研究现状

1.2.3 行星传动动态响应研究现状

1.3 行星传动模块化设计分析方法研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 多级行星传动系统模块化动力学模型的建立

2.1 引言

2.2 传动系统传动方案及基本假设

2.2.1 传动方案的确定

2.2.2 基本假设

2.3 多级行星传动系统修正扭转模型的建立

2.4 轮齿啮合弹性变形协调条件的建立

2.4.1 轮齿理论啮合弹性变形协调条件的建立

2.4.2 计及齿侧间隙轮齿啮合弹性变形协调条件的建立

2.5 多级行星传动系统模块模型的建立

2.6 本章小结

第3章 多级行星传动系统固有特性模块化计算分析

3.1 引言

3.2 多级行星齿轮传动系统特征值模块化计算

3.3 四级2K-H行星传动系统振动模态特性分析

3.4 四级2K-H行星传动系统固有频率参数敏感度分析

3.5 本章小结

第4章 多级行星传动系统响应特性模块化计算分析

4.1 引言

4.2 多级行星传动系统动力学特性求解

4.3 模块化模型和整体模型一致性验证

4.4 多级行星传动系统动力学特性分析

4.5 五级行星传动系统模块化动力学分析流程

4.6 本章小结

第5章 多级行星传动系统动力学仿真平台设计

5.1 引言

5.2 动力学模块化仿真平台设计

5.3 模块化动力学仿真平台与仿真实例

5.3.1 模块化动力学仿真平台

5.3.2 动力学仿真平台仿真实例

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致谢