多齿侧间隙传动系统非线性特性研究

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1、中文摘要舵机系统是典型的机械传动系统，其运转过程中的幅频特性和动力学稳定性对整个装备具有重要的作用，而各个部件间的间隙对系统动力学特性有很大影响。本文针对一类多级齿轮和丝杠螺母组合的舵机系统开展研究，从动力学角度出发，研究传动系统的动力学稳定性特征，并重点对间隙等因素进行分析。本文的主要工作可以分为以下4个部分。第一部分：综合考虑各个部件的齿轮间隙、齿轮沿基圆切向的综合误差、时变啮合刚度等因素的影响，采用集中质量法建立系统的平动-转动动力学模型，对方程组进行无量纲化处理，并依据测量、有限元分析结果和相关理论确定齿轮系统中

2、的结构尺寸、刚度和阻尼等关键参数。第二部分：强非线性齿轮系统动力学方程组的求解。针对齿轮系统间隙所引起的强非线性特点，采用基于离散傅立叶变换及其逆变换的谐波平衡法求解系统解析解，同时也采用数值计算的方法求解其动力学特征。第三部分：系统的幅频特性、稳态响应和非稳态响应特性分析。分析间隙系统的幅频响应及其特点。综合利用系统的相图、时间历程图、频谱图、分岔图、李雅普诺夫指数等方法分析间隙条件下齿轮传动系统丰富的非线性现象。并通过齿轮啮合误差的均值、均方根幅值和啮合比例的分析讨论了系统响应所表现出的啮合特性。最后利用非稳态响应分

3、析给出系统实际运转时的响应特点。第四部分：针对系统中的关键参数及其对系统动力学的影响进行分析。讨论间隙的位置，负载、间隙、阻尼的大小以及齿轮系统的转速的综合影响作用。为舵机系统结构和操作参数的优化设计、提高传动效率和平稳性、故障诊断和排查提供参考。关键词：舵机系统；间隙；非线性；动态传递误差IAbstractSteeringGeartransmissioniswidelyusedinmechanicalstructuresandplaysanimportantroleinvarioustransmissionsystem

4、s.Dynamicanalysisofsteeringgearsystemsisessentialindescribingvibrationanddurabilitycharacteristics,and,basedonthis,todesignatransmissionsystemwithhighstabilityandefficiency.Thisthesisinvestigatesthedynamicbehaviorofasteeringsystemwithseveralbacklashesandafeedscre

5、w-nutstructure.Themainworkcanbesummarizedasthefollowingfourparts.1.Theequationsofmotionofa3degree-of-freedomdimensionlesssystemwereestablished,consideringtheinfluencesofthebacklashesofbetweenthecomponents,transmissionerrorexcitationandtime-varyingmeshstiffness.Ba

6、sicparametersofthesystemarevaluedbasedonmeasurementandthefiniteelementcalculationforaactualsystem.2.TheharmonicbalancemethodbasedonFouriertransformationandtheRunge-Kuttamethodwereadoptedtosolvetheequationsofmotionofthesteeringsystem,todescribethedynamicalbehaviou

7、rs.3.Modalanalysiswasusedtoanalyzethenaturalfrequenciesandamplitude-frequencyspectrumofthesystemwithbothharmonicbalancemethodandtheoreticalmethodtoobtaintheamplitudefrequencycharacteristicofthesystem.Then,thesystemwasalsonumericallysolvedbyRunge-Kuttamethodandbif

8、urcation,chaosandothercomplexdynamicphenomenawerepresented.Analysisofthedynamictransmissionerroranddynamicmeshingstatewasalsopresented.Finally,theresponsechara