圆柱齿轮可控腹板作动结构及其仿真研究

摘要

齿轮传动是机械传动系统之一，它具有传动效率高、结构紧凑、传动平稳以及传动比恒定等优点，因此在航空航天、船舶工程和汽车工业等领域得到广泛应用。如今，随着现代科学技术的不断进步，齿轮传动朝着高速、重载以及智能化的方向发展，而如何有效降低齿轮传动系统振动值得深入研究。目前，国内外对于齿轮传动系统振动被动振动已经非常深入，但是对于齿轮传动系统振动主动控制还尚未深入研究，因此，开展圆柱齿轮传动振动主动控制研究显得尤为重要。本文通过对圆柱齿轮啮合刚度进行分析，提出并研究了一种基于腹板结构变化的齿轮减振方法，选择并设计作动器来改变腹板结构，最后开展可控腹板圆柱齿轮传动振动主动控制联合仿真来验证设计方案的合理性。
　　论文首先，分析圆柱齿轮轮体以及轮齿啮合刚度，提出在齿轮啮合运转过程中，通过改变轮体腹板结构，使其传动过程产生的传递误差发生变化，从而实现降低齿轮振动的目的；选取可控腹板外圆与轮毂连接部分作为研究对象，运用材料力学知识，建立一定扭矩作用下，可控腹板扭转变形量的表达式；比较并选择三维设计软件UG建立三种不同类型的齿轮可控腹板结构；比较并选择 ANSYS有限元软件，建立可控腹板结构有限元模型，分析一定扭转载荷作用下，结构变化对可控腹板强度和刚度的改变。
　　其次，分析了引起齿轮传动振动的外部激励和内部激励；基于ADAMS软件，通过柔性化齿轮轴、设置碰撞函数以及添加相关约束条件，建立可控腹板圆柱齿轮传动系统虚拟样机；设置仿真类型和时间步长，分别在不同转速和腹板层数状态下，开展可控腹板结构变化对圆柱齿轮传动动态特性的影响分析。
　　接着，比较并选择电磁作动器作为振动主动控制执行装置，设计磁路和建立电磁作动器运动方程；比较并选择Ansoft有限元软件，通过建立电磁特性仿真环境，开展电磁作动器电磁特性的有限元分析；基于建立的作动器有限元模型，开展作动器主要结构参数对其作动性能的影响分析。
　　最后，根据系统控制目标，在ADAMS中建立系统状态变量，将作动器运动设置为输入变量，从动轮在Y方向振动加速度设置为输出变量，并将可控腹板圆柱齿轮传动系统模型导出；启动Matlab调用可控腹板圆柱齿轮传动虚拟样机子模型系统，建立Simulink仿真控制模型，设置仿真算法及步长，完成作动器控制前后齿轮传动振动变化的仿真研究。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

1.4本章小结

第二章 圆柱齿轮可控腹板结构设计及有限元分析

2.1引言

2.2齿轮可控腹板的设计思路

2.3齿轮可控腹板的结构设计

2.4齿轮可控腹板的有限元分析

2.5本章小结

第三章 基于ADAMS的可控腹板圆柱齿轮传动动态响应分析

3.1引言

3.2齿轮传动动态激励产生机理

3.3建立可控腹板圆柱齿轮虚拟样机

3.4可控腹板圆柱齿轮传动动态特性分析

3.5本章小结

第四章 作动器的结构设计及性能分析

4.1引言

4.2作动器的设计方案

4.3电磁作动器有限元分析

4.4电磁作动器性能分析

4.5本章小结

第五章 可控腹板圆柱齿轮传动的振动控制仿真研究

5.1引言

5.2可控腹板圆柱齿轮传动模型输出

5.3振动动态特性联合仿真

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文的主要工作与总结

6.2进一步工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文与申请的专利