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多级行星齿轮传动系统非线性动力学建模与分析

陈甫  
【摘要】:多级行星齿轮传动系统多应用于大型风力发电装置、矿山机械及盾构机等复杂机械中,具有结构紧凑、传动比大、承载高、传动平稳等优点,在业界深受欢迎。但多级行星齿轮装置结构多、动态耦合复杂、非线性因素丰富,至使动力学模型精确性难以保证,动力学特性研究不够深入,制约了多级行星齿轮的发展及应用。多级行星齿轮振动与噪声的分析建立在动力学研究的基础上,振动与噪声不仅影响了工作环境,同时也降低了设备正常运行寿命。因此,对多级行星齿轮传动系统动力学特性进行研究,在工程应用与理论研究上具有重要意义。本文基于多级行星齿轮传动系统,考虑了齿面摩擦力及摩擦系数的计算方式,为多级行星齿轮传动系统的动力学精细化建模及结构优化奠定了基础;齿侧间隙下分岔特性的分析使多级行星齿轮传动系统的动态特性更加丰富,使论文的研究更具完整性。本文主要研究内容如下:基于齿面摩擦力、时变啮合刚度、箱体耦合及级间耦合等因素,建立了多级行星齿轮传动系统非线性耦合扭转动力学模型,运用数值方法求解了不同摩擦系数下的振动响应,对比了不同摩擦系数下各构件的振动幅值,并预估μ=0.01时,不同转速下的振动响应;将摩擦润滑状态进行归类,分析了各种状态下的摩擦系数计算方式,在流体润滑状态下考虑齿面摩擦力的时变影响,运用数值方法求解了参数激励下的振动响应。基于齿侧间隙、齿面摩擦力、时变啮合刚度、级间耦合等因素,推导出多级行星齿轮传动系统非线性量纲一动力学方程,获取了传动系统在激励频率作用下,分岔通往混沌道路的非线性振动特性,综合运用相图和Poincare截面对通往混沌道路进行了阐述。以背靠背形式搭建了多级行星传动试验平台,对二级行星齿轮箱进行了振动测试,同时获取箱体各测点Z向振动数据、相位图及Poincare图。


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