少齒差行星減速器動態(tài)特性分析及非線性振動研究.pdf

1、課題來源于國防科工委“十一五”民用航天預研項目—“空間環(huán)境下的高性能摩擦副與高效傳動機構(gòu)技術(shù)”（C4220061319）、國家教育部“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”項目—“高性能機電傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計理論、方法與技術(shù)”（IRT0763）、國家自然科學基金重點項目—“新型高性能傳動件及系統(tǒng)的可靠性設(shè)計理論與方法”（50735008）。
　　減速器系統(tǒng)的工作狀態(tài)極其復雜，不僅載荷工況和動力裝置多樣，且對于齒輪傳動系統(tǒng)，由于時變嚙合剛度、

2、傳動誤差、齒側(cè)間隙等因素的影響，引起輪齒接觸–脫離–接觸周期性、強非線性耦合振動，對傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性、可靠性產(chǎn)生嚴重影響。因此對其進行動態(tài)特性、間隙非線性振動行為及影響因素的研究，為高性能齒輪系統(tǒng)的設(shè)計、分析、制造提供了一定的理論依據(jù)與實驗參考。
　　論文以NN型少齒差行星減速器為對象，先分析其結(jié)構(gòu)及傳動原理，用有限元法分析其固有頻率及模態(tài)振型，用集中質(zhì)量法建立減速器系統(tǒng)非線性振動模型與方程，通過數(shù)值求解分析減速器非線性振動特性以

3、及參數(shù)對它的影響。最后對其模態(tài)特性和振動響應(yīng)進行實驗研究。
　　論文主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）分析該減速器的結(jié)構(gòu)、傳動原理，計算某常見工況下各傳動件的理論轉(zhuǎn)速。求得兩級傳動的理論嚙合頻率、嚙合阻尼。詳細分析各滾動軸承的變形、剛度、阻尼等動特性參數(shù)。
　?。?）推導內(nèi)齒副單齒剛度計算式，考慮理論重合度，計算多對齒嚙合剛度。將兩級傳動多對齒時變嚙合剛度擬合為8階Fourier級數(shù)的形式。分別以各級傳動嚙合角頻率為角速度

4、的正弦函數(shù)模擬各級齒輪誤差。
　　（3）采用ABAQUS建立該減速器有限元自由模態(tài)分析模型，其中輪齒嚙合部位采用綁定約束，用彈簧單元模擬軸承。采用Lanczos特征值求解器對該減速器進行自由模態(tài)求解，獲得該減速器前20階固有頻率及模態(tài)振型。
　　（4）綜合考慮齒輪嚙合剛度、傳動誤差、齒側(cè)間隙及支撐剛度和阻尼，用集中質(zhì)量法建立多自由度、多間隙、變參數(shù)、彎–扭耦合的兩級齒輪系統(tǒng)非線性振動模型，用Lagrange方程推導齒輪系統(tǒng)的

5、非線性振動微分方程組。用四階五級的RKF法對非線性微分方程組求解，系統(tǒng)地分析該減速器各齒輪振動位移、速度響應(yīng)，以及振動位移–速度相圖、Poincaré截面。進一步計算得齒輪彈粘嚙合力、軸承動載荷、振動加速度響應(yīng)。最后分析各參數(shù)對減速器非線性振動特性的影響。
　　（5）用LMS Test. Lab對該減速器進行錘擊法自由模態(tài)實驗，驗證理論分析結(jié)果的正確性。用三向加速度傳感器采集減速器殼體振動信號，由 FFT變換得到相應(yīng)的振動頻率，經(jīng)