基于矩阵摄动法的行星轮系振动灵敏度分析及优化设计

摘要

功率分流型行星齿轮传动系统包含差动级行星轮系和封闭星型轮系，具有结构紧凑、传动比大、功率分支较多、承载能力强、运动平稳等优点，因此得到了非常广泛的应用。但其振动和噪声问题的研究也得到越来越多的关注，这不仅关系到系统能否保持自身的动态特性，更能避免重大事故的发生。
　　本文基于集中质量理论，建立了功率分流型行星齿轮传动系统的动力学模型。采用Romax软件计算了齿轮副的啮合刚度及构件的扭转刚度。推导了齿轮副间的相对位移，计算了齿轮副的啮合力，推导了系统的动力学运动微分方程，求解并分析了系统的固有频率和振型。
　　采用结构振动分析的矩阵摄动理论研究了系统固有频率对刚度参数小扰动的灵敏度。为确保矩阵摄动法求解的正确性，将矩阵摄动法的分析结果与求导法分析结果进行对比，结果表明矩阵摄动法相对于求导法更精确简便。采用矩阵摄动理论研究了系统固有频率对质量参数小扰动的灵敏度。根据灵敏度分析的结果，修改系统的基本参数可使结构的固有频率远离激励频率，避免共振的发生。
　　采用傅里叶级数法求解了系统的动力学模型，得到了齿轮副沿啮合线方向的振动加速度。建立了功率分流型行星齿轮传动系统的动力学优化设计数学模型，以一个啮合周期内齿轮副沿啮合线上的振动加速度均方根的平均值最小为优化目标进行了动力学优化设计。
　　基于MATLAB的GUI开发环境，开发了一套功率分流型行星齿轮传动系统的灵敏分析及其动力学优化设计的软件。

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注释表

第1章 第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 行星齿轮传动系统建模概况

1.3 行星齿轮传动系统灵敏度分析研究现状

1.4 动力学优化设计的研究现状

1.5 本文的研究内容

第2章 第二章 行星齿轮传动系统建模

2.1 引言

2.2 行星齿轮传动系统动力学建模

2.3 基于Romax软件的刚度计算

2.4 齿轮副的啮合力计算

2.5 行星齿轮传动系统动力学微分方程

2.6 本章小结

第3章 第三章 行星齿轮传动系统的固有特性分析

3.1 引言

3.2 固有特性计算

3.3 固有特性分析

3.4 本章小结

第4章 第四章 矩阵摄动法分析系统振动灵敏度

4.1 前言

4.2 离散特征值的矩阵摄动理论

4.3 固有频率灵敏度分析

4.4 本章小结

第5章 第五章 行星齿轮传动系统动力学优化设计

5.1 引言

5.2 行星轮系振动加速度响应

5.3 行星齿轮传动系统优化设计数学模型

5.4 基于Matlab的行星轮系动力学优化设计

5.5 本章小结

第6章 第六章 行星齿轮传动系统灵敏度分析及优化设计软件开发

6.1 引言

6.2 行星齿轮传动系统的灵敏度分析及优化设计软件框架

6.3 系统灵敏度分析及动力学优化设计软件功能模块界面

6.4 本章小结

第7章 第七章 总结与展望

7.1 论文的主要工作与总结

7.2 进一步研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的论文