关键词:
行星轮系动力学
TCA/LTCA
柔性齿圈
时变啮合刚度
均载系数
摘要:
行星轮系具有结构紧凑、承载能力强、传递扭矩大、振动噪声低等优点,因此被广泛的应用于各种车辆工程、船舶动力、坦克和装甲车传动系统等大型精密设备,尤其是在直升机传动系统上应用更加广泛。行星轮系传动系统的传动误差来源主要有两种,一种是由于工业母机精度问题产生累积误差使得齿轮在生产制造的过程中所产生制造误差,另一种是安装过程中由于安装设备精度不足所产生安装误差。上述两种误差耦合影响使得行星轮系各传动分支的啮合力产生差异进而使得整个行星轮系产生不均载的现象,影响到整个传动系统的平稳性、可靠性。针对这一问题,本文考虑了两齿面接触时的真实啮合状态,建立了直齿轮副内、外啮合的TCA/LTCA模型,求解该模型获得内、外啮合过程中重要的激励参数时变啮合刚度;建立了包含有安装误差、行星齿轮修形设计、柔性齿圈结构等的直齿轮副行星轮系动力学模型,并对其中关键参数进行计算,分析各个参数对均载性能的影响规律。其具体内容如下:(1)根据齿轮啮合原理和齿轮副啮合刚度的定义,提出通过齿面接触分析(TCA)/承载接触分析(LTCA)计算真实啮合状态下直齿圆柱轮副时变啮合刚度的方法。在考虑直齿轮副轮齿修形设计和安装误差的基础上,构建了真实啮合状态下直齿轮副的TCA和LTCA分析模型,采用数学规划与有限元结合的方法获得齿面载荷分布因子和传动误差,通过三次Hermite插值,计算获得一个啮合周期内齿轮副的时变啮合刚度。结果表明,拓扑修形会影响直齿轮副时变啮合刚度的幅值和均值,且当修形量增大时变啮合刚度呈现减小的趋。(2)采用集中质量法建立了含有柔性齿圈,薄壁空心支撑轴结构的行星轮系动力学模型,分别计算了啮合阻尼、制造误差在啮合线上的投影。对动力学模型所包含构件进行受力分析,根据加速度定律推导了行星轮系的动力学方程并求解,计算得到各个分支的啮合力进而求解出均载系数。采用控制变量法,保持其他参数不变探究了空心支撑轴厚度、齿圈厚度、输入轴转速以及太阳轮浮动量对行星轮系均载性能的影响规律。(3)对包含有五个行星轮的行星轮系进行均载实验验证。设计应变电桥以及实验方案,采用应变测量法对受载后的轮齿变形量进行测量。将传感器所采集的数据通过编程软件进行可视化处理,滤波之后得到所需的结果,将构件各自由度上的位移代入公式得到各行星轮的啮合力,进而求得行星轮系的均载系数。并与第四章的仿真结果进行对比,验证仿真结果的正确性。