基于接触特性的面齿轮传动动力学特性分析

发布时间：2017-04-11 01:07

  本文关键词：基于接触特性的面齿轮传动动力学特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：面齿轮传动作为一种新型的齿轮传动形式,具有高传动比、结构紧凑和扭矩分流等许多优点,被广泛的用于航空航天领域。为了更好地发挥面齿轮传动的优势,面齿轮传动的稳定性、振动和噪声已经成为当前面齿轮研究的热点,因此,本文以非线性振动理论为基础,研究了正交面齿轮的齿面啮合特性、正交面齿轮传动齿对的动力学建模方法及其分岔和混沌等非线性动力学特性。论文的主要研究内容和成果有： (1)、根据面齿轮啮合原理推导其齿面方程,利用数值方法求解面齿轮接触齿面的离散点及其所对应的主曲率和主方向,得到面齿轮啮合过程的接触轨迹。用有限元软件ABAQUS对面齿轮传动齿对进行准静态分析,得到面齿轮齿对在啮合过程中的综合啮合刚度和时变啮合特征参数。 (2)、以单对面齿轮直齿轮传动系统为对象,考虑齿轮传动系统中存在的时变啮合刚度和非线性间隙,建立面齿轮传动的单自由度扭转振动动力学模型。利用龙格库塔数值解法求解了面齿轮扭转振动动力学方程；得到了在整个频率范围内的动态响应曲线、分岔图、庞加莱图和频谱图；结合李雅普诺夫指数和Floquet理论分析了面齿轮动态响应的稳定性；研究了传递误差激励和方向旋转半径等参数对面齿轮动态响应的影响规律。 (3)、考虑面齿轮传动系统传动轴、支撑轴承、原动机和负载等结构,建立多自由度的面齿轮传动平移-扭转-摆动振动耦合动力学模型。得到多自由度面齿轮动力学模型的动态响应,分析了动态响应的混沌与分岔等非线性特性。发现面齿轮动力学响应中存在的周期运动、倍周期分岔、混沌与跳跃现象以及系统经过倍周期分岔进入混沌的道路。 (4)、结合动态响应的相图、分岔图、峰峰值图、均方根值图和频率响应图,研究了啮合刚度、负载和齿侧间隙等因素对面齿轮多自由度平移-扭转-摆动耦合振动模型动态响应的影响规律。 (5)、通过滚检实验测试检查面齿轮传动副的接触轨迹和啮合区域,并与理论计算结果和LTCA分析结果进行了对比验证,实验结果一致。通过测试面齿轮传动副输入轴与输出轴在不同转速下的旋转角度,根据传递误差定义,得到了面齿轮传动系统的动态传递误差,并与动力学分析结果对比,所得传递误差曲线形式和幅值一致。图66幅,表7个,参考文献72篇。
【关键词】：面齿轮 非线性振动 混沌 分岔 动力学特性
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 课题来源及其研究价值11
• 1.2 本论文的研究背景11-17
• 1.2.1 齿轮动力学研究进展11-14
• 1.2.2 面齿轮传动研究进展14-16
• 1.2.3 面齿轮分岔与混沌等动力学特性研究概况16-17
• 1.3 本论文主要研究内容17
• 1.4 本章小结17-18
• 2 面齿轮啮合特征参数分析及建模18-28
• 2.1 前言18
• 2.2 面齿轮齿面方程18-22
• 2.2.1 面齿轮加工坐标系建立18-19
• 2.2.2 面齿轮齿面方程推导19-22
• 2.3 面齿轮齿宽限制条件的确定22-24
• 2.4 面齿轮齿面接触轨迹求解24-26
• 2.5 面齿轮时变啮合特征参数求解26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 面齿轮单自由度扭转振动动力学模型的建立28-41
• 3.1 前言28
• 3.2 齿轮传动动力学分析模型的分类28-29
• 3.3 齿轮传动系统的动态激励29-33
• 3.3.1 齿轮传动系统的刚度激励29-31
• 3.3.2 齿轮传动系统的误差激励31
• 3.3.3 齿轮传动系统的啮合冲击激励31-33
• 3.4 面齿轮传动系统动力学模型的特性33
• 3.5 面齿轮传动系统综合啮合刚度的确定33-37
• 3.5.1 面齿轮综合啮合刚度求解方法的确定33-35
• 3.5.2 面齿轮有限元分析模型的建立35-36
• 3.5.3 面齿轮综合啮合刚度分析36-37
• 3.6 面齿轮单自由度扭-振动力学模型的建立37-40
• 3.6.1 面齿轮单点啮合物理模型的建立37-38
• 3.6.2 面齿轮单自由度扭-振模型的动力学方程推导38-40
• 3.7 本章小结40-41
• 4 面齿轮单自由度扭转振动动力学特性分析41-58
• 4.1 前言41
• 4.2 非线性动力学基本概念41-42
• 4.2.1 分岔理论41-42
• 4.2.2 混沌理论42
• 4.3 面齿轮扭转振动的分岔与混沌动力学特性分析42-49
• 4.3.1 面齿轮传动系统动力学方程求解方法42-43
• 4.3.2 面齿轮扭转振动的分岔与混沌动力学特性分析43-49
• 4.4 面齿轮传动系统动力学响应的动力稳定性分析49-54
• 4.4.1 面齿轮动力学响应的Floquet稳定性49-52
• 4.4.2 面齿轮动力学响应的李雅普诺夫指数分析52-54
• 4.5 方向旋转半径和传递误差对动力学特性的影响54-57
• 4.5.1 方向旋转半径对动力学特性的影响54-56
• 4.5.2 传递误差激励对动力学特性的影响56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 面齿轮多自由度耦合振动动力学特性分析58-88
• 5.1 前言58
• 5.2 面齿轮平移-扭转耦合振动动力学特性分析58-68
• 5.2.1 面齿轮平移-扭转耦合振动分析模型建立58-62
• 5.2.2 啮合刚度对面齿轮平移-扭转耦合振动特性的影响62-68
• 5.3 面齿轮平移-扭转-摆动耦合振动动力学特性分析68-87
• 5.3.1 面齿轮平移-扭转-摆动耦合振动模型建立68-71
• 5.3.2 面齿轮平移-扭转-摆动耦合振动的分岔与混沌特性分析71-75
• 5.3.3 负载对系统动力学特性的影响75-81
• 5.3.4 齿侧间隙对系统动力学特性的影响81-87
• 5.4 本章小结87-88
• 6 面齿轮接触区域检测与动态传递误差测试88-96
• 6.1 前言88
• 6.2 实验方案88-91
• 6.2.1 面齿轮传动副实验参数88-89
• 6.2.2 实验平台介绍及测试系统89-90
• 6.2.3 传递误差的定义和计算90-91
• 6.2.4 实验目的与流程91
• 6.3 实验步骤91-93
• 6.4 实验结果与分析93-95
• 6.4.1 接触区域检测93-94
• 6.4.2 动态传递误差测试94-95
• 6.5 本章小结95-96
• 7 总结与展望96-99
• 7.1 论文总结96-97
• 7.2 论文创新点97-98
• 7.3 论文后续研究展望98-99
• 参考文献99-105
• 攻读硕士期间主要研究成果105-106
• 致谢106

【共引文献】

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本文编号：297952