基于时变啮合刚度的齿轮传动系统动力学研究

发布时间：2017-03-28 13:15

  本文关键词：基于时变啮合刚度的齿轮传动系统动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭产业是我国工业发展的重要一环,煤炭采掘的机械化与智能化也是国家中长期科技发展的重要课题。针对此类情况,本文基于973项目“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”,对无人采掘装备摇臂的传动系统进行了相关研究,对齿轮传动的部分动力特性做了建模与分析,同时也为日后的可靠性研究做出相关准备。本文具体所做工作如下：(1)介绍了齿轮的啮合刚度理论以及传递误差基本理论,根据现有文献推导了齿轮综合啮合刚度计算的材料力学方法,对于多对轮齿的啮合采用了计算大齿基刚度的方式处理。(2)总结渐开线齿轮的精确建模方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了参数化的齿轮啮合有限元分析模型,分析了直齿轮副与斜齿轮副的综合啮合刚度变化。(3)建立12自由度的斜齿轮通用啮合动力学模型,计及了啮合接触线上刚度分布与摩擦力的影响,分析了接触线与简化后摩擦力臂的长度变化,同时对是否考虑摩擦作用的动力学响应进行了对比求解。(4)提出齿轮动态啮合刚度的概念,利用因齿轮修形而引起的轮齿误差,建立了含误差齿轮副的动态啮合刚度计算模型,并求解了该动力学模型。本文改进了刚度的计算形式,提高了计算的准确性；研究了斜齿轮齿面的接触应力分布与刚度变化以及刚度与啮合压力角的关系,为齿轮动力学研究做基础；发现了摩擦激励做齿轮位移振幅的影响；得到了齿轮副啮合的啮合刚度、传递误差与啮合力等响应随轮齿修形量、施加载荷与齿轮转速的关系。
【关键词】：齿轮 动力学 时变啮合刚度 采煤机
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 项目研究意义10
• 1.1.2 采煤机结构原理与发展10-11
• 1.2 齿轮动力学研究进展11-15
• 1.2.1 齿轮啮合刚度研究13
• 1.2.2 齿轮的摩擦激励研究13-14
• 1.2.3 齿轮的动态啮合刚度研究14-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 第2章 齿轮啮合刚度计算16-38
• 2.1 基本接触理论16-18
• 2.2 齿轮啮合刚度理论18-21
• 2.2.1 啮合刚度的含义18-20
• 2.2.2 齿轮传递误差理论20-21
• 2.3 齿轮刚度的计算方法21-28
• 2.3.1 齿轮刚度的材料力学计算方法21-27
• 2.3.2 齿轮刚度的有限元计算方法27-28
• 2.4 齿轮刚度的有限元分析28-35
• 2.4.1 ANSYS参数化建模28-31
• 2.4.2 加载与求解31-32
• 2.4.3 计算分析结果32-35
• 2.5 本章小结35-38
• 第3章 含摩擦斜齿轮时变刚度动力模型38-54
• 3.1 时变刚度动力学模型38-43
• 3.2 摩擦的计算43-47
• 3.3 模型的求解47-49
• 3.3.1 求解方法47-49
• 3.3.2 计算过程49
• 3.4 计算示例分析49-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 齿轮动态啮合刚度模型及响应分析54-78
• 4.1 考虑误差的齿轮综合刚度54-56
• 4.2 齿轮动态啮合刚度56-57
• 4.3 齿轮传动动力学模型的建立57-64
• 4.3.1 齿轮啮合动力学模型58-59
• 4.3.2 梁单元模型59
• 4.3.3 质量矩阵59-60
• 4.3.4 刚度矩阵60-61
• 4.3.5 陀螺矩阵61-62
• 4.3.6 轴承模型62-63
• 4.3.7 转子系统模型63-64
• 4.4 模型对比与结果分析64-76
• 4.4.1 动态刚度与静态刚度变化模型对比64-67
• 4.4.2 模型一与模型二对比67-69
• 4.4.3 轮齿修形对系统响应的影响69-72
• 4.4.4 载荷对系统响应的影响72-74
• 4.4.5 转速对系统响应的影响74-76
• 4.5 本章小结76-78
• 第5章 结论与展望78-80
• 5.1 研究结论78
• 5.2 研究展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 附录86-91

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