2K--H行星齿轮传动系统动力学特性研究

摘要

行星齿轮传动以其结构紧凑、承载能力大、高效率等特点不仅广泛应用于汽车、舰船等领域，而且在数控机床中的应用也越来越广泛。行星齿轮传动系统在数控机床中主要应用在其主传动和进给传动系统中，行星齿轮传动系统的动态性能对机床整机性能有非常重要的影响。因此，对数控机床主传动系统和进给系统使用行星齿轮传动系统动力学特性进行研究，以及对其传动误差进行研究，这对于提高机床整机的动静态性能以及机床的加工精度具有重要意义。 本课题以某2K-H型行星齿轮减速器为研究对象，研究行星齿轮传动系统的动力学特性及其传动误差。采用理论分析和有限元分析的方法，研究并建立行星齿轮动力学理论模型和有限元分析模型，进而研究了行星齿轮传动系统的固有特性和特定工况下的动态响应情况，并对齿轮传动系统的传动误差进行分析和研究。论文进行的主要研究内容具体如下: (1)在查阅国内外相关文献的基础上，综述了行星齿轮传动系统非线性动力学分析的研究现状及其最新进展。初步确定了课题主要研究内容、研究思路、拟采用的研究方法及手段。 (2)采用集中质量建模方法，建立行星齿轮传动纯扭转及弯-扭耦合非线性动力学模型。对比分析两种模型所求的固有频率的差异，并为后续瞬态动力学仿真设置初始时间步长提供计算依据。 (3)在弯-扭耦合动力学模型的基础上，引入时变啮合角、时变间隙等非线性因素以及考虑由于齿宽方向受力不均引起的齿轮摆动，建立行星齿轮传动系统横-扭-摆耦合动力学模型。采用5阶变步长自适应Runge-Kutta数值积分法求解动力学模型并利用时域法及相平面图来分析系统动态响应。 (4)分析了系统传动误差的主要来源，并在横-扭-摆耦合动力学模型的基础上对行星齿轮传动系统传动误差进行研究。考虑到重合度不为整数使啮合刚度周期性变化影响传动系统的传动精度，故本文重点探究了重合度对传动误差的影响。 (5)利用大型有限元分析软件，对行星齿轮传动系统进行瞬态动力学仿真分析，并分析了太阳轮与行星轮在一个完整啮合周期内啮合状态，为求解齿轮时变啮合刚度提供了新的思路。 论文基于集中质量建模的方法，建立了行星齿轮传动系统的理论模型，并在此基础上对其固有特性、动态特性及传动误差进行研究，探讨了支撑刚度对行星齿轮传动系统性能的影响;采用大型有限元分析软件对行星齿轮减速器进行仿真分析。论文研究内容为进一步研究行星齿轮传动系统的动态特性及结构优化奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景

1．2行星齿轮动力学国内外研究现状

1．2．1动力学模型的研究

1．2．2行星齿轮动力学特性的研究

1．2．3基于ANSYS行星齿轮动力学仿真的研究

1．3课题研究的目的和意义

1．3．1课题研究的目的

1．3．2课题研究的意义

1．4课题的主要研究内容

第2章2K-H行星齿轮传动系统固有特性研究

2．1纯扭转模型

2．1．1行星齿轮传动系统纯扭转模型的建立

2．1．2齿轮副在啮合线方向的位移求解

2．1．3动力学方程的建立

2．1．4固有频率及主振型的确定

2．2弯-扭耦合动力学模型

2．2．1行星齿轮传动系统弯-扭耦合动力学模型的建立

2．2．2齿轮副在啮合线方向的位移的求解

2．2．3动力学方程的建立

2．2．4固有频率及主振型的确定

2．3固有特性对比分析

2．4本章小结

第3章2K-H行星齿轮传动系统动态特性研究

3．1．1横-扭-摆耦合非线性动力学模型建立

3．1．2行星齿轮系统各构件质心位置矢量

3．1．3齿宽方向偏载特性分析

3．1．4齿轮系统非线性因素

3．1．5动力学方程的建立

3．2非线性动力学方程的求解

3．3传动误差分析

3．3．1传动误差的来源

3．3．2传动误差的分类

3．3．3重合度对传动误差的影响

3．4本章小结

第4章基于WORKBENCH行星齿轮传动系统仿真分析

4．1接触界面条件

4．1．1法向接触条件

4．1．2切向接触条件

4．2接触问题的求解

4．3行星齿轮传动系统瞬态动力学仿真分析

4．3．1仿真前处理关键技术

4．3．2系统瞬态动力学仿真结果分析

4．4行星齿轮传动系统模态分析

4．5本章小结

5．1总结

5．2展望

参考文献

致谢

附录