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基于相位调谐的直齿行星齿轮传动动力学理论与实验研究

王世宇  
【摘要】:行星传动具有传动比大、结构紧凑、承载能力强和功重比高等诸多优点,广泛应用于航空、舰船、汽车以及其它领域。在某些重要应用中,振动和噪声是需要在设计中着重考虑的因素。本文所做工作为国家自然科学基金《高速行星传动的弹性动力学分析与动态设计方法研究》的一部分,论文研究了行星传动的模态特性以及啮频激励激起的受迫振动响应特征,主要内容如下: 1.研究了行星传动的模态特性。基于纯扭转模型并采用归纳方法揭示了行星传动的典型振动模式和振动模式不清晰现象,指出特征值密集时将不再有清晰的振动模式划分规律;通过求解子特征值问题以解析形式给出了固有频率计算结果;研究了模态跃迁现象并提出了相关的判别准则,并以模态能量为衡量指标分析了模态跃迁对系统动力学特性的影响。 2.研究了行星传动的相位调谐理论。明确指出行星传动模态特性上的三种振动模式与相位调谐理论所指三种振动形式之间具有严格的对应关系;分析了行星轮的齿数对系统动态特性的影响;建立了基于纯扭转模型的相位调谐理论并给出了仿真验证;研究了基本参数对中心构件浮动减振效果的影响,指出若相位调谐现象抑制了中心构件的横向振动,则中心构件浮动将失去减振作用。 3.从随机分析角度研究了行星传动的模态特性。给出了模态数字特征计算方法,分析了模态跃迁导致的模态数字特征突变现象;探讨了由啮频激励引起的共振失效问题,首次以解析形式给出了三种共振模式失效概率的计算方法,并提出了基于相位调谐理论和共振失效概率计算的可靠性设计原则。 4.对长期以来在行星传动基本参数选择上占统治地位的“齿数互质说”提出质疑,首次提出行星传动使用的两种典型工况,提出基于相位调谐理论的基本参数选择方法,并重新设计了行星齿轮减速器的参数系列。 5.以单级2K-H直齿行星传动为实验对象验证了低阶谐振现象以及相位调谐理论的正确性,并验证了本文所提基于相位调谐理论的降噪措施的有效性,其中,低阶谐振现象较明显;相位调谐理论的实验结果与理论分析结果基本相符,但存在不一致的地方,本文对之进行了分析;而降噪措施的实验效果较好,这从一定程度上印证了相位调谐理论的正确性。


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