直齿齿轮传动多柔体系统动力学研究

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1、直齿齿轮传动多柔体系统动力学研究肖潜飞2015年1月中图分类号：UDC分类号：直齿齿轮传动多柔体系统动力学研究作者姓名肖潜飞学院名称宇航学院指导教师田强副教授答辩委员会主席廖力教授申请学位工学硕士学科专业动力学与控制学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月FlexibleMultibodyDynamicsResearchofSpurGearSystemsCandidateName:QianfeiXiaoSchoolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineeringFacultyMentor:Ass

2、o.Prof.QiangTianChair,ThesisCommittee:Prof.LiLiaoDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor:DynamicsandControlDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan.，2015北京理工大学硕士学位论文摘要在多体系统动力学的框架下提出了一种研究考虑弹流润滑条件下的直齿轮啮合关节的耦合效应的计算方法。该直齿轮啮合多体系统采用绝对坐标方法建立动力学模型，其中刚性构件采用刚体的自然坐标方法

3、（NCF）的绝对坐标方法建模，柔性构件采用绝对节点坐标方法（ANCF）建模。采用时变参数弹簧振子力学模型，对圆柱直齿轮副和圆锥直齿轮副关节建模。为计算齿轮在其啮合线上啮合力，通过Chaari公式计算得到齿轮时变啮合刚度、时变阻尼和静态传递误差。垂直于啮合线方向的滑移摩擦力由含考虑弾流润滑（EHD）条件的时变摩擦系数的摩擦模型计算得到。基于有限宽轴承的假设，将支撑该齿轮啮合系统的圆柱副的弾流润滑情况考虑在内。圆柱副中的润滑压力通过有限差分法求解雷诺方程得到。根据所提出的计算方法，开展的主要研究工作如下：1.探究了直齿轮副和圆柱副的多体系统动

4、力学建模方法。将直齿轮啮合参数对多体系统的动态响应的影响进行了对比研究。2.进一步研究了齿轮副的关节效应对具有弹流润滑条件的圆柱副的曲柄摇杆多体系统的动态响应的影响，仿真的结果与已有相关文献结果一致。3.最后，对含有同步锥齿轮的环形可展天线的展开动力学进行了研究。建立了天线以及实际地面展开实验平台中的悬挂装置的刚柔耦合多体系统动力学模型，考虑了同步锥直齿轮副的关节效应，得到的一些数值仿真结果能够和地面实验结果吻合，但是也发现了现有仿真模型中存在的不足。在将来的研究工作中对不足之处进行完善。关键词：齿轮传动机构；绝对节点坐标方法；时变啮合刚

5、度；滑动摩擦力；弹流（EHD）润滑；展开动力学I北京理工大学硕士学位论文AbstractIntheframeworkofmultibodysystem,acomputationalmethodologytostudythecouplingspurgearmeshjointsconsideringElastoHydroDynamic(EHD)lubricatedconditionsisproposed.ThespurgearedmechanismsaredescribedbyusingontheAbsolute-Coordinate-Bas

6、ed(ACB)methodthatcombinestheNaturalCoordinateFormulation(NCF)describingrigidbodiesandtheAbsoluteNodalCoordinateFormulation(ANCF)describingflexiblebodies.Fordescribingtheengagementstateofaspurgearpairandabevelgearpair,thegearmeshmodelissimplifiedasaspring-dampersystemwitht

7、ime-varyingmeshparameters.ThegearpairnormalcontactforcesalongtheLineOfAction(LOA)arecalculatedbyintroducingthetime-varyingmeshstiffness,meshdampingandstatictransmissionerror.Thetime-varyingmeshstiffnessisevaluatedbyusingtheChaari’sformulas.Theslidingfrictionforcesalongthe

8、Off-Line-Of-Action(OLOA)arecalculatedbyusingtheCoulombfrictionmodelswithatime-varyingcoefficient