少齿差环板式减速器的弹性动力分析与动态设计方法研究

摘要

为解决应用中出现的振动噪声大、行星轴承早蚀等问题，本文以系统动力学性能的改善和承载能力的提高为主线，建立了少齿差环板式减速器的弹性动力学模型和少齿差传动多齿弹性啮合效应分析的有限元模型，并以此为基础，初步构建出该类传动的动态设计理论体系。 ⑴通过计入高速轴弯曲变形、齿轮副啮合变形、行星轴承变形、输出轴支承轴承变形、环板拉压变形、高速轴支承轴承变形以及偏心套的制造误差等因素，构造出更准确的系统变形协调条件；结合动态子结构法，建立了少齿差环板式减速器的弹性动力学模型。 ⑵通过求解少齿差环板式减速器的弹性动力学方程，获得系统各环节的动态载荷和低阶固有特性，首次指明造成减速器振动的主要原因为其参数激励而非机构摆动力矩的不平衡。借助ANSYS软件建立了少齿差环板式减速器的有限元模型，并对其进行了模态分析，其结果与弹性动力学模型的计算结果吻合较好；而静态敲击法实测的模态参数则表明所建有限元模型具有较高的分析精度，从而间接验证了所建弹性动力学模型的正确性。 ⑶利用ANSYS建立了少齿差内啮合行星齿轮传动的有限元模型，精确计算了少齿差传动的多齿弹性啮合效应系数，计算结果表明：三维完整齿轮副模型能精确地反映少齿差传动的啮合特性，而齿圈段模型则不适合薄缘齿轮副的啮合特性分析；与三维完整齿轮副模型相比，二维完整齿轮副模型的计算误差约为10％，基于悬臂梁假定的理论模型的计算误差约为20％。进一步的分析表明，齿轮宽度、轮缘厚度系数、网格划分精度对少齿差传动多齿弹性啮合效应的影响较小，而齿轮基节误差和中心距误差则对计算结果有很大影响。 ⑸以弹性动力学模型为基础，深入剖析了少齿差环板式减速器的设计参数，如轴承支承刚度、齿轮副啮合角、输入转速、动力输入方式及高速轴偏心套的制造误差等，对系统动力学性能的影响；简要论述了环板式减速器设计中的几个关键技术问题，并在其强度设计中精确地计入了多齿弹性啮合的影响，初步构建出少齿差环板式减速器的动态设计理论体系。 ⑹提出一种非180度相位差完全平衡的新型双环减速器，并依据动态设计理论设计制造出一台样机，对其进行了承载能力、效率和振动特性的测试，结果表明少齿差环板式减速器的弹性动力学模型能较好地反映系统的动态特性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 国内外研究状况

1.2.1 少齿差环板式传动研究状况

1.2.2齿轮应力与变形的研究

1.3 本文主要研究内容

第二章 少齿差环板式减速器的弹性动力学建模

2.1 引言

2.2 子系统运动微分方程的推导

2.2.1 高速轴子系统的运动微分方程

2.2.2输出轴子系统的运动微分方程

2.2.3环板子系统的运动微分方程

2.3 系统变形协调条件的构建

2.3.1输入轴子系统

2.3.2支撑轴子系统

2.3.3环板子系统

2.4 系统弹性动力学方程的组装

2.5 本章小结

第三章 少齿差环板式减速器弹性动力学仿真及有限元模态验证

3.1 引言

3.2 少齿差环板式减速器弹性动力学仿真

3.2.1齿轮啮合力

3.2.2行星轴承力

3.2.3支承轴承力

3.2.4箱体动态摆动力矩

3.2.5 固有特性

3.3 环板和高速轴支承轴承弹性的影响

3.4. 有限元模态验证

3.4.1有限元模型的建立

3.4.2有限元模态仿真结果

3.4.3有限元模型的实验验证

3.5本章小结

第四章 基于ANSYS的少齿差传动多齿弹性啮合效应的研究

4.1 引言

4.2 多齿弹性啮合效应的有限元分析

4.2.1三维完整齿轮副有限元模型

4.2.2三维齿圈段有限元模型

4.2.3二维完整齿轮副有限元模型

4.2.4二维齿圈段有限元模型

4.3 几何参数对多齿弹性啮合效应的影响

4.3.1 齿轮宽度对啮合特性的影响

4.3.2轮缘厚度对啮合特性的影响

4.3.3 网格密度对啮合特性的影响

4.4考虑误差的多齿弹性啮合效应的有限元模型

4.4.1误差的来源

4.4.2含基节误差有限元模型的建立

4.4.3基节误差对多齿弹性啮合效应的影响

4.4.4 中心距误差对多齿弹性啮合效应的影响

4.5 本章小结

第五章 少齿差环板式减速器参数影响分析与动态设计理论初探

5.1 引言

5.2 参数影响分析

5.2.1支承刚度的影响

5.2.2啮合角的影响

5.2.3输入转速的影响

5.2.4动力输入方式的影响

5.2.5误差的影响

5.3 动态设计中的几个关键问题

5.3.1 少齿差内啮合齿轮副变位系数的确定

5.3.2少齿差环板式减速器的受力分析

5.3.3 少齿差内啮合齿轮副多齿弹性啮合效应的计算

5.3.4 齿差环板式减速器的强度计算

5.4 动态设计理论初探

5.5 本章小结

第六章 新型双环减速器的设计与实验研究

6.1 引言

6.2样机设计与制造

6.2.1 基本参数

6.2.2关键零部件设计与制造

6.2.3样机装配

6.3弹性动力学仿真

6.4新型双环减速器的实验研究

6.4.1 单、双驱动方式下系统性能的简单比较

6.4.2承载能力和效率实验

6.4.3动力学性能实验

6.5本章小结

第七章 结论与展望

附录

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的学术论文

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

致谢