功率分流型轮系的能量特征模型与构型分析

摘要

功率分流型轮系因具有体积小、传递功率大、效率高等优点，故而在风电、矿山机械等领域具有广泛的应用。其分析与设计流程的数字化实现一直是设计工作者研究的重点，为实现完备的、计算机可执行的复杂轮系分析方法，建立轮系的能量特征模型是十分必要的。由于轮系系统特征模型的建立十分复杂，需要对轮系系统进行单元拆分，通过建立单元的能量特征模型、单元组合的连接约束模型以及对单元组合过程中连接结点的能量特征的分析，实现对复杂轮系系统的分析与构型方案设计。
　　本文围绕功率分流型轮系的能量特征模型与构型分析，展开了如下工作:
　　首先，在课题组研究的基础之上，完善了复杂轮系基本单元的能量特征模型。以组成复杂轮系的最基本单元即齿轮机构作为研究要素，基于状态空间理论和能量特征模型的建立方法，用数学语言对基本单元中输入构件与输出构件的能量特征转换关系进行描述，提取了行星运动齿轮的相对能量特征，建立复杂轮系基本单元的能量特征状态方程。
　　其次，建立了基于单元基本构件联接的轮系单元连接约束模型。通过分析复杂轮系基本单元连接过程中单元连接结点的特性，从轮系单元的基本构件出发，研究基本构件之间的联接方式，通过该联接方式建立单元连接过程中的连接约束模型。
　　第三，建立了基于能量特征模型的复杂轮系功率分析方法。用数学语言描述轮系单元连接结点的特征状态，通过该结点的特征和结点前后两单元的特征，对复杂轮系的功率流动进行判断。
　　最后，进行了如何获得功率分流型复合轮系单元构型方案的研究。研究单元的组合型式，分别建立不同组合形式下的能量特征状态模型以描述轮系组合的特征。利用本文中提出的复杂轮系功率分析方法，对平行轴轮系中常见的复合轮系单元进行功率分析。该流程实现了对轮系单元组合过程的功率分析，并为大功率轮系的功率分流型构型方案设计提供了理论依据。