旋转轴线误差的齿轮动力学建模与行星轮系动态特性分析研究

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1、旋转轴线误差的齿轮动力学建模与行星轮系动态特性分析研究重庆大学博士学位论文学生姓名：曹正指导教师：邵毅敏教授专业：机械设计及理论学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一七年十月DynamicModelingofGearswiththeErrorofRotatingAxisandStudyonDynamicCharacteristicsofPlanetaryGearTrainsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequireme

2、ntfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByCaoZhengSupervisedbyProf.YiminShaoSpecialty:MechanicalDesignandTheoryCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOct.2017中文摘要摘要行星轮系已广泛应用于航空航天、舰船、石油、能源、汽车、冶金、工程机械等行业。随着现代科学技术的发展和对环境问题的日益重视，对行星轮系传动提出了越来

3、越高的动态性能要求，如高转速、大载荷、长寿命和低噪声等。然而，由于旋转轴线误差的影响（即行星轮孔位置误差、偏心误差和旋转轴线偏离），导致行星轮之间载荷分配及齿向载荷分布不均，振动和噪声加剧，已成为制约行星轮系传动向高转速、高可靠性和低噪声发展的重要因素。因此，开展行星轮系旋转轴线误差动力学建模研究，分析旋转轴线误差激励与行星轮系动态振动响应和啮合力的关系，解明行星轮系系统在旋转轴线误差下的振动特征和均载特性，具有重要的学术价值与工程意义。论文针对旋转轴线误差行星轮系非线性激励的动力学建模及其动态响应特征分析问题，开

4、展了系列行星轮系误差激励与动态响应的研究，论文的主要工作包括：1.针对旋转轴线误差条件下行星轮系间隙非线性振动问题，考虑了旋转轴线误差引起的轮齿楔入现象，建立了行星轮系旋转轴线误差间隙非线性动力学模型，突破了传统行星轮系非线性动力学模型中工作面啮合、非工作面啮合和轮齿分离三种接触状态的局限，获得了行星轮孔位置误差对行星轮系频率响应等影响、偏心误差和行星轮孔位置误差对行星轮系振动特征和均载特性的变化规律。2.针对旋转轴线误差影响齿轮啮合位置、中心距以及啮合线的问题，基于齿轮瞬时位置思路，提出了考虑行星轮孔位置误差和齿

5、轮偏心误差的刚度激励和位移激励模型，新的啮合刚度模型模拟了行星轮孔位置误差和齿轮偏心误差引起的齿轮啮合刚度变化，研究了偏心误差组装和行星轮孔位置误差情况下行星轮系的啮合刚度和振动影响变化，揭示了行星轮孔位置误差和偏心误差对行星轮系啮合刚度和振动响应的影响规律。3.提出“分段法”离散思想，采用互相独立弹簧构建轮齿接触，建立了旋转轴线不对中的直齿行星轮系弯扭摆动力学模型，弥补了目前行星轮系角度不对中误差模型忽略摆动振动的不足，揭示了行星架和行星轮不对中对行星轮系齿向啮合力、振动特征和太阳轮轴心轨迹的影响规律。4.针对含

6、有旋转轴线误差的柔性齿圈行星轮系动态建模问题，基于铁木辛柯梁理论和柔度影响系数法，建立了柔性齿圈和旋转轴线误差耦合的行星轮系动力学模型，研究了柔性齿圈行星轮系和偏心误差、行星轮孔位置误差、齿廓修形等误差激励耦合时动态传递误差特征以及均载特性变化，克服了传统柔性齿圈行星I重庆大学博士学位论文轮系啮合刚度模型难以有效描述多行星轮、多轮齿啮合和误差激励相互耦合的缺点。关键词：行星轮系，旋转轴线误差，误差激励，刚度激励II英文摘要ABSTRACTPlanetarygearshavebeenwidelyusedinaeros

7、pace,ship,oil,energy,automotive,metallurgy,engineeringmachineryandotherindustries.Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnologyandtheincreasingconcernstoenvironmentalproblems,itrequiresahigherdynamicperformancerequirements,suchashighspeed,largeload,longlifean

8、dlownoise.However,duetotheinfluenceofmanufacturingerror,theloaddistributionsbetweentheplanetsareunevenlydistributedandvibration,noiseandthestressincrease.Theexistenceofmanufacturin