高重合度行星齒輪傳動系統(tǒng)強(qiáng)度及動力學(xué)研究.pdf

1、相對于低重合度（LCR）直齒圓柱齒輪，高重合度（HCR）直齒圓柱齒輪傳動同時(shí)嚙合的輪齒對數(shù)較多，單對輪齒承受的載荷降低，齒輪嚙合剛度變化幅度減小，因此HCR齒輪傳動系統(tǒng)具有承載能力大，傳動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)行的強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)未涵蓋HCR直齒圓柱齒輪的計(jì)算，鮮見關(guān)于其強(qiáng)度和動力學(xué)特性的研究文獻(xiàn)。本文以HCR直齒行星齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，開展了HCR齒輪設(shè)計(jì)區(qū)間、強(qiáng)度和動力學(xué)特性的研究，為HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論和技術(shù)支持。

2、　?。?）將行星齒輪傳動系統(tǒng)分為內(nèi)、外嚙合齒輪副，研究了HCR內(nèi)、外嚙合齒輪副的設(shè)計(jì)區(qū)間、剛度和齒間載荷分配。分析了齒頂高系數(shù)、壓力角、變位系數(shù)等參數(shù)對重合度變化的影響規(guī)律，確定了內(nèi)、外嚙合齒輪副的HCR設(shè)計(jì)區(qū)間。采用能量法，計(jì)算了考慮輪體變形的內(nèi)、外嚙合齒輪的剛度，獲得了齒頂高系數(shù)、壓力角、模數(shù)等參數(shù)對內(nèi)、外嚙合齒輪副剛度的影響規(guī)律。將單對輪齒的平均剛度作為單對輪齒剛度，給出了考慮輪體變形的HCR和LCR內(nèi)、外嚙合單對輪齒剛度的計(jì)算公

3、式，采用有限元模型對外嚙合齒輪副綜合嚙合剛度進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)，給出了HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)內(nèi)、外嚙合齒輪副的載荷分配率的計(jì)算方法，揭示了參數(shù)對HCR齒輪齒間載荷分配率的影響規(guī)律，與LCR齒輪齒間載荷分配率的對比結(jié)果表明，HCR齒輪可以有效降低單個(gè)輪齒承擔(dān)的載荷。采用CL-100齒輪試驗(yàn)機(jī)對HCR外嚙合齒輪的載荷分配率進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　?。?）研究了行星齒輪傳動系統(tǒng)內(nèi)、外嚙合齒輪齒根彎曲應(yīng)力和齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算方法。推導(dǎo)了HCR內(nèi)

4、、外嚙合齒輪的齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，同時(shí)給出了雙齒嚙合區(qū)各個(gè)界點(diǎn)齒形系數(shù)的計(jì)算公式。分析了齒頂高系數(shù)、壓力角等主要參數(shù)對齒輪副的齒根彎曲應(yīng)力和最大應(yīng)力加載位置的影響規(guī)律。推導(dǎo)了HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)內(nèi)、外嚙合齒輪副雙齒嚙合區(qū)各個(gè)界點(diǎn)處齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式，引入了曲率修正系數(shù)和節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)將計(jì)算公式轉(zhuǎn)化為國標(biāo)計(jì)算公式的形式。分析了主要參數(shù)對HCR和LCR齒輪副的齒面接觸應(yīng)力和最大接觸應(yīng)力加載點(diǎn)的影響規(guī)律。采用CL-100齒輪試驗(yàn)機(jī)對不同參

5、數(shù)的外嚙合齒輪副的齒根彎曲應(yīng)力進(jìn)行了試驗(yàn)測量，結(jié)果表明，本文給出的齒根彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式，具有較高的計(jì)算精度，滿足工程應(yīng)用的需求。
　　（3）研究了HCR外嚙合齒輪副的動力學(xué)特性。使用有限元法計(jì)算了HCR外嚙合齒輪副的時(shí)變嚙合剛度，采用集中質(zhì)量法建立了考慮齒側(cè)間隙、軸承支承間隙和時(shí)變嚙合剛度等非線性因素的外嚙合齒輪副的動力學(xué)模型和方程。并對方程進(jìn)行了化簡和無量綱化處理，采用4階Runge-Kutta對方程進(jìn)行了求解。分析了支承間隙

6、對齒輪支承振動位移的影響，研究了阻尼、齒側(cè)間隙等參數(shù)對HCR和LCR齒輪系統(tǒng)的均載特性影響。研究了HCR和LCR齒輪外嚙合齒輪副傳動的嚙合線振動分岔特性和周期穩(wěn)定性的差異。
　　（4）研究了HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)特性。針對HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)，計(jì)算了HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)內(nèi)、外嚙合齒輪副的時(shí)變嚙合剛度。建立了含齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度和內(nèi)齒圈扭轉(zhuǎn)振動的行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型。采用能量法給出了該模型的系統(tǒng)能量變化方程，引

7、入相對坐標(biāo)系消去了剛性位移，并對方程進(jìn)行了無量綱化處理。分析了不同參數(shù)條件下HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，研究了影響重合度的齒輪參數(shù)、工況參數(shù)對其動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。對HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)的均載特性展開了研究，并使用自行研制的行星齒輪傳動試驗(yàn)臺對其進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。分析了影響重合度的主要參數(shù)對行星齒輪傳動系統(tǒng)均載特性的影響規(guī)律。研究了轉(zhuǎn)速、功率、齒側(cè)間隙、剛度和阻尼等參數(shù)對HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)分岔特性的影響規(guī)律，為HCR行星齒輪傳