人字齿轮及其分支传动系统动力学建模方法与动力学特性研究

《人字齿轮及其分支传动系统动力学建模方法与动力学特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10699分类号TH132密级学号2012100094题目人字齿轮及其分支传动系统动力学建模方法与动力学特性研究作者董金城学科、专业机械设计及理论指导教师王三民申请学位日期2017年11月西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：人字齿轮及其分支传动系统动力学建模方法与动力学特性研究作者：董金城学科专业：机械设计及理论指导老师：王三民2017年11月StudyonDynamicModelingandDynamicCharacteristicsofHerringboneGearandPower-SplitTransmissionSystemByDongJinchengUndertheS

2、upervisionofProfessorWangSanminADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofMachineDesignandTheoryXi’anP.R.ChinaNovember2017摘要摘要人字齿轮及其分支传动系统在高速、重载等动力传输系统中的应用越来越广泛，特别是在航空、船舶、轧钢等工业领域，人字齿轮传动逐渐成为一种主流传动形式。近年来，随着我国航空动力、船舶动力等技术的进一步发展，对

3、动力传动系统的振动噪声提出了更严格的要求，开展人字齿轮及其分支传动系统的动力学特性研究将为我国今后人字齿轮传动系统的研发设计工作提供理论支撑，对我国高功率密度传动技术的发展具有重要应用价值。本文主要对人字齿轮及其分支传动系统的动力学建模、固有特性分析、动力学方程求解、线性振动与非线性振动特性分析及振动测试等方面开展了研究工作。主要研究内容与创新点如下：1.提出了人字齿轮及其分支传动系统的动力学建模方法，建立了人字齿轮及其分支传动系统的线性时变和非线性时变动力学方程。将人字齿轮视为由两个螺旋角大小相同、旋向相反、其余参数相同的斜齿轮和中间轴段组成，以Timoshenko梁单元等效人字齿轮中间轴段

4、，以集中质量节点等效人字齿轮两侧斜齿轮及传动轴，建立人字齿轮啮合副的弯扭轴摆耦合动力学模型，继而根据分支齿轮传动的特征推导出人字齿轮分支传动系统的弯扭轴摆耦合动力学方程，并建立了人字齿轮及其分支传动系统的扭转振动模型和动力学方程。该建模方法可以推导至不同形式的人字齿轮传动及人字齿轮分支传动系统中。2.分析了人字齿轮传动的弯扭轴摆耦合动力学系统的线性动力学特性及人字齿轮传动系统扭转非线性动力学特性。针对基于Timoshenko梁单元建模理论，考虑时变啮合刚度、时变支撑刚度、静态传动误差的人字齿轮传动弯扭轴摆耦合线性时变动力学方程，在不同输入扭矩和输入转速条件下，采用Runge-Kutta数值迭代

5、方法求解系统的动力学响应。针对考虑时变啮合刚度、时变支撑刚度、静态传动误差以及齿侧间隙的人字齿轮传动扭转非线性时变动力学方程，利用增量谐波平衡法（IHB算法）求解系统的非线性动态响应。针对传统IHB算法运算过程中初值不易选取、迭代易中断及奇异点附近响应求解困难等问题，提出采用分段函数拟合、多项式外推算法和弧长延续算法相结合的方法对传统IHB算法进行了改进。将改进的IHB算法与传统IHB算法进行对比分析，验证了改进的IHB算法的高效性。3.分析了人字齿轮分支传动系统扭转振动的固有特性，研究了人字齿轮分支传动系统的特征灵敏度和模态跃迁现象。根据所建立的人字齿轮分支传动系统的扭转振动模型，获得系统的

6、自由振动微分方程，求解系统固有频率和模态振型。通过对不同动力学参数下人字齿轮分支传动系统固有频率和模态振型的归纳总结，将人字齿轮分支传动系统扭转自由振动的模态振型划分为分支齿轮振动模式和耦合振动模式两类。分析人字齿I西北工业大学博士学位论文轮分支传动系统的特征灵敏度和模态跃迁现象，并从模态能量角度分析各模态中固有频率随动力学参数的变化情况。4.分析了人字齿轮分支传动系统弯扭轴摆耦合动力学系统的动力学特性。针对考虑时变啮合刚度和静态传动误差的人字齿轮分支传动系统的线性时变动力学方程，消除系统刚体位移并进行量纲一化处理，利用Runge-Kutta数值方法对方程进行迭代求解。分析了系统分扭角度、支撑

7、刚度、平均啮合刚度、扭转刚度和静态传动误差等动力学参数对人字齿轮分支传动系统线性动力学响应特性的影响规律，并建立了人字齿轮分支传动系统的动载系数与分扭角度、支撑刚度、啮合刚度、扭转刚度及静态传动误差等动力学参数之间的解析函数关系式。5.开展了人字齿轮传动的动力学特性实验研究。设计并搭建了封闭功率流式人字齿轮振动实验台，在多种输入扭矩和输入转速的组合工况条件下，测量输入扭矩和输入转速变化对人字齿轮传