【摘 要】
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随着空间技术的快速发展,对航天机构的动力传动装置也提出了新的要求。变厚行星齿轮传动系统作为一种新型的齿轮传动机构,拥有结构紧凑、传动比大、强度高及可以实现消隙传动的优点。为深入研究其在空间温度交变环境下的非线性振动特性,本文建立了多因素影响下的变厚行星齿轮系统动力学模型和微分方程,分别采用解析法和数值法进行求解,探究了各因素对系统振动特性影响的作用规律,并设计了振动试验装置以待验证。在综合考虑齿侧
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“考虑空间因素的航天器变齿厚行星传动耦合行为机理研究”(项目编号:51675118); 国家自然科学基金面上项目“航天器层合机构大范围运动多耦合场行为机理研究”(项目编号:51575126)
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随着空间技术的快速发展,对航天机构的动力传动装置也提出了新的要求。变厚行星齿轮传动系统作为一种新型的齿轮传动机构,拥有结构紧凑、传动比大、强度高及可以实现消隙传动的优点。为深入研究其在空间温度交变环境下的非线性振动特性,本文建立了多因素影响下的变厚行星齿轮系统动力学模型和微分方程,分别采用解析法和数值法进行求解,探究了各因素对系统振动特性影响的作用规律,并设计了振动试验装置以待验证。在综合考虑齿侧间隙、转速、啮合阻尼和刚度等多因素的基础上,创新性地引入了温度交变因素,基于集中参数法建立了变厚行星齿轮系统弯-扭-轴耦合的动力学模型,并在此基础上建立了动力学微分方程,分析了各因素对系统的影响机理。在利用数值法对变厚行星齿轮动力学微分方程进行求解时,基于减少因刚性方程而带来的求解误差的目的,引入了稳定性更好的Gear方法,以MATLAB软件为载体,得到了行星齿轮系统各构件的振动位移时间响应图,分析了系统的主要振动响应来源;利用位移时间响应图、分岔图等形式探究了温度交变因素对系统振动特性的影响,并就是否考虑温度影响得到了在不同齿侧间隙和转速情况下系统的振动响应曲线,分析了各因素对变厚行星齿轮系统振动特性的影响规律。随后,利用谐波平衡法对变厚行星齿轮系统动力学微分方程进行了解析解的求解,得到了系统的振动速度和加速度响应曲线,并与数值解的结果进行对比分析,发现通过这两种方法求解的结果相互符合,验证了数值解结果和系统动力学模型以及微分方程的正确性,为变厚行星齿轮装置的结构设计提供了理论上的借鉴意义。最后,设计了一个变厚行星齿轮系统的振动试验台,绘制了变厚行星齿轮系统的三维模型和二维加工图纸,以流程图方式展示了装配过程;同时对试验台的动力提供装置和检测装置进行了选用,设计了温度交变试验和转速变化试验,为能通过试验验证前述结果的正确性奠定了设计基础。
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