圆柱齿轮传动非线性动力学键合图建模研究

摘要

键合图方法提供了一种统一处理多种能量范畴的工程系统的动态分析方法,可以用来模拟多输入、多输出系统,线性和非线性系统,键合图中的状态变量均为物理变量,可深入地描述系统内部状态的变化过程。但是键合图法的不足是对机械系统中的非线性参数,如摩擦、间隙等因素建模时不是很方便。针对键合图建模方法的不足,本文的主要工作包括:
　　 (1)通过对摩擦力运动特性的分析,引入功率结型结构,建立了能够全面反映摩擦力动态特性的通用键合图模型,该模型不仅能够反映摩擦力在静摩擦状态和动摩擦状态下的运动特性,而且还可以反映摩擦力的耗能特性。
　　 (2)对典型的间隙接触动力学进行了分析,根据相对位移与间隙的关系,把接触力划分为三个状态,建立了间隙接触的通用键合图模型,采用20-sim仿真软件对所建立的模型进行了仿真分析,仿真结果与实际情况相符,验证了模型的正确性。
　　 (3)以齿轮系统为研究对象,分别建立了齿面摩擦的键合图模型、间隙和时变刚度的键合图模型以及静态传递误差的键合图模型,在此基础上,建立了包含齿面摩擦、间隙、时变刚度和静态传递误差等非线性因素的齿轮传动系统非线性键合图模型,并运用20-sim和Matlab仿真软件对模型进行了对比仿真研究,结果验证了模型的正确性。
　　 (4)采用实验的方法测到了一对实验齿轮的静态传递误差和动态传递误差曲线,并将动态传递误差与采用本文建立的齿轮键合图模型计算得到的传递误差曲线进行了对比,两者的啮合频率基本一致,但是幅值有一定的误差,基本验证了本文建立的齿轮系统键合图模型的正确性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景

1.3 齿轮系统动力学研究现状

1.3.1 经典建模方法研究现状

1.3.2 现代建模方法研究现状

1.4 键合图理论在齿轮系统建模中的应用现状

1.5 本文主要研究内容

1.6 本章小结

第二章 改进的摩擦力键合图模型

2.1 摩擦力的一般模型

2.2 改进的摩擦力键合图模型

2.2.1 功率结型结构简介

2.2.2 改进的摩擦力键合图建模

2.3 实例分析

2.4 本章小结

第三章 改进的间隙接触键合图模型

3.1 间隙接触的一股动力学模型

3.2 改进的间隙接触键合图模型

3.3 实例分析

3.3.1 系统建模

3.3.2 20-sim仿真分析

3.4 小结

第四章 圆柱齿轮动力学非线性键合图建模

4.1 齿面摩擦的键合图建模

4.2 考虑间隙与时变啮合刚度的齿轮键合图建模

4.3 齿轮静态传递误差的键合图建模

4.4 圆柱齿轮传动非线性键合图模犁与20-sim仿真

4.4.1 圆柱齿轮传动非线性键合图模型

4.4.2 20-sim仿真

4.5 小结

第五章 实验

5.1 实验系统组成

5.1.1 测试系统原理

5.1.2 测试系统组成

5.1.3 实验齿轮参数

5.2 齿轮传动误差实验

5.2.1 静态传递误差实验

5.2.2 动态传递误差实验

5.3 小结

第六章 总结

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果