NGW型行星减速器非线性动力学建模方法及其动态特性研究

摘要

行星传动系统具有结构紧凑、减速大、重量较轻、效率高等优点，在航天航空、船舶重工、矿山机械、风电、汽车及国防等领域得到十分广泛的应用。但它们在传递动力的同时，行星传动系统的振动、噪声等问题突出，过大的振动容易造成设备的损耗，缩短使用的周期。行星传动的非线性动力学建模方法是解决行星传动系统的振动噪声过大的前提和基础，一直是行星传动动力学领域的研究热点。本文以 NGW-11 行星减速器为研究对象，开展了行星传动系统有限元非线性动力学建模的研究。主要研究内容如下：　　探究了圆柱滚子轴承的径向非线性力位移公式、深沟球轴承的轴向非线性力位移公式及深沟球轴承的扭转非线性扭矩转角公式；通过MATLAB仿真计算，得到NGW-11行星减速器所涉及的各类型轴承的非线性力位移关系的数据及曲线。　　结合粘弹性理论，建立了 NGW-11 行星减速器的有限元模态分析模型，进行了有限元模态计算，并通过实验模态验证了模型的正确性；将有限元模态分析计算出的行星减速器固有特性结果与实验模态分析的结果进行对比，校正了模型，得出适用于非线性动力学计算的有限元模型。　　提出一种新的有限元非线性动力学计算的建模方法，计及动力学计算过程中轴承及齿轮副对系统的非线性影响；计算了指定工况下的减速器箱体及传动系统的动力学响应，并分析了不同转速、轴承游隙及轴承轴向和扭转刚度对行星减速器传动系统动态特性的影响。　　开展了 NGW-11 行星减速器的动力学实验，将动力学仿真和实验的同工况加速度数据结果进行对比，对非线性动力学计算结果的有效性进行验证。

目录

1 绪 论

1.1 课题的来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 齿轮的动力学建模

1.2.2 轴承的动力学建模

1.2.3 行星传动系统的动力学建模

1.3 课题的研究内容

2 NGW-11中的轴承和齿轮的非线性动力学分析

2.1.1 结构与基本参数

2.1.2 计算参数

2.1.3 游隙的选取

2.2 深沟球轴承的径向接触特性

2.3 深沟球轴承的轴向接触特性

2.4 深沟球轴承的扭转分析

2.5 圆柱滚子轴承中的径向载荷分布

2.5.1 载荷与变形关系

2.5.2 无游隙载荷分布

2.5.3 有游隙载荷分布

2.6 齿轮啮合的非线性刚度变化

2.7 本章小结

3 NGW-11行星减速器模态分析

3.1 行星减速器的计算模态研究

3.1.1 行星减速器模态仿真的有限元模型

3.1.2 行星减速器的有限元模态分析

3.2 行星减速器的实验模态

3.2.1 行星减速器的实验模态测试

3.2.2 实验模态验证

3.3 仿真与实验模态对比

3.4 本章小结

4 NGW-11行星减速器的瞬态动力学研究

4.1 NGW-11非线性动力学有限元模型建立

4.2 行星减速器动态响应分析

4.2.1 行星减速器箱体振动特性分析

4.2.2 行星减速器传动系统动态响应分析

4.3.1 转速对行星减速器动态特性的影响

4.3.2 轴承游隙对行星减速器动态特性的影响

4.3.3 轴向及扭转刚度对行星减速器动态特性的影响

4.4 本章小结

5 非线性动力学模型的计算结果验证

5.1.1 实验准备

5.1.2 实验过程中的测点分布

5.2.1 实验工况的选取

5.2.2 转速450rpm、载荷15N.m的工况数据分析

5.2.3 转速600rpm、载荷10N.m的工况数据分析

5.3实验与仿真数据对比

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者攻读硕士学位期间取得的科研成果目录

B 学位论文数据集

致谢