高重合度行星齒輪傳動系統(tǒng)強度及動力學研究.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。現(xiàn)行的強度計算標準未涵蓋HCR直齒圓柱齒輪的計算，鮮見關(guān)于其強度和動力學特性的研究文獻。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)計區(qū)間、強度和動力學特性的研究，為HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計提供理論和技術(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)計區(qū)間。采用能量法，計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行了驗證。同時，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輪齒承擔的載荷。采用CL-100齒輪試驗機對HCR外嚙合齒輪的載荷分配率進行了試驗驗證。
　?。?）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)力的計算方法。推導了HCR內(nèi)

4、、外嚙合齒輪的齒根彎曲應(yīng)力計算公式，同時給出了雙齒嚙合區(qū)各個界點齒形系數(shù)的計算公式。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)各個界點處齒面接觸應(yīng)力計算公式，引入了曲率修正系數(shù)和節(jié)點區(qū)域系數(shù)將計算公式轉(zhuǎn)化為國標計算公式的形式。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)力加載點的影響規(guī)律。采用CL-100齒輪試驗機對不同參

5、數(shù)的外嚙合齒輪副的齒根彎曲應(yīng)力進行了試驗測量，結(jié)果表明，本文給出的齒根彎曲應(yīng)力的計算公式，具有較高的計算精度，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特性。使用有限元法計算了HCR外嚙合齒輪副的時變嚙合剛度，采用集中質(zhì)量法建立了考慮齒側(cè)間隙、軸承支承間隙和時變嚙合剛度等非線性因素的外嚙合齒輪副的動力學模型和方程。并對方程進行了化簡和無量綱化處理，采用4階Runge-Kutta對方程進行了求解。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。
　?。?）研究了HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)的動力學特性。針對HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)，計算了HCR行星齒輪傳動系統(tǒng)內(nèi)、外嚙合齒輪副的時變嚙合剛度。建立了含齒側(cè)間隙、時變嚙合剛度和內(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、入相對坐標系消去了剛性位移，并對方程進行了無量綱化處理。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臺對其進行了試驗驗證。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