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人字齿行星传动系统具有轴向力极小、承载能力强、振动噪声低和运行可靠等特点,被广泛应用于船舶、航空、航天和高精密传动等领域。人字齿行星传动系统作为齿轮传动涡扇(GTF)发动机涡轮与风扇间的减速传动装置,其服役环境恶劣,内部动态激励复杂多变,系统振动噪声问题尤为突出。因此,开展GTF发动机人字齿行星传动系统的动态仿真分析与动力学性能优化研究,具有十分重要的理论意义和工程价值。本文以GTF发动机人字齿行星传动系统为研究对象,考虑系统内部非线性耦合动态激励,开展系统耦合动力学建模、固有特性影响分析、动态响应与均载特性分析、动态性能优化等方面研究。论文的主要研究工作如下:(1)基于人字齿轮结构特点和啮合特性,计及齿面摩擦和轴向变形等因素,提出一种齿轮时变啮合刚度改进计算方法,计算了齿轮副的啮合刚度。考虑传动系统时变啮合刚度、齿面摩擦、综合误差和齿侧间隙等内部非线性耦合激励,建立了多分流条件下的人字齿行星传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型。(2)基于人字齿行星传动系统耦合动力学模型,建立了系统自由振动方程,采用子空间迭代法求解系统固有频率和振型向量,阐述了系统的模态类型。结合传动系统频响函数曲线,分析了系统的啮合刚度、支承刚度和左、右侧耦合刚度对系统固有特性的影响规律。(3)利用人字齿行星传动系统动力学模型,结合系统内部动态激励数值表征,编程求得系统稳态运行工况时的振动位移、振动速度、振动加速度和动态啮合力。在此基础上,分析了综合误差、齿面摩擦、啮合刚度以及运行工况对行星传动系统均载特性的影响。(4)考虑时变啮合刚度、综合误差等非线性因素,构建传动系统动态性能优化模型,采用谐波平衡法获取齿轮振动响应解析表达式;以传动系统振动加速度和体积为目标函数,齿轮基本参数为设计变量,系统几何约束、强度约束等为状态变量,编写混合离散优化程序,求解齿轮最优设计参数,优化效果良好。