轴交角误差下的人字行星传动系统动态特性研究

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课题来源于国家重点研发计划项目“高性能齿轮动态服役性能及基础试验”(项目批准号:2018YFB2001300)及国家自然科学基金项目“人字行星齿轮传动瞬态接触特性与抗胶合承载研究”(项目批准号:51975078)。人字行星齿轮传动作为一种新型的高功率密度传动系统,相较于直齿和斜齿行星传动具有更高的承载能力和更低轴向冲击载荷,且具有大传动比和高功重比等性能,被用于攻击潜艇、舰船等动力系统的传动装置。人字行星齿轮系统部件较多,各部件之间接触关系复杂,由于条件限制,在齿轮的安装和制造过程中会存在不可避免的误差,进而对传动系统各啮合副的动态特性造成影响。本文以人字行星传动系统作为研究对象,探究齿轮空间轴交角误差对系统啮合特性的影响,考虑了人字齿轮左、右两部分之间的扭转柔性以及齿轮销轴的弯曲柔性,建立了包含人字齿轮两侧连接柔性的人字行星系统刚柔耦合集中参数动力学模型,分析了轴交角误差对传动系统动力学特性的影响。本文的具体研究内容如下:(1)对齿轮的空间轴交角误差进行了分析,将垂直平面内的轴交角误差转化为齿面之间的相对位移,而轴平面内的轴交角误差被处理为不同位置处的齿轮中心距变化,推导了两种平面轴交角误差下的齿面啮合接触线偏移距离的表达式,计算了不同误差下各个位置的啮合接触线位移。使用有限元接触模拟,分析了轴交角误差下的齿面接触状态变化规律。(2)分析了人字齿轮的结构特点,考虑了齿轮左、右两侧之间的扭转和弯曲柔性,建立人字齿轮的三片式模型,将齿轮的中间连接部分用铁木辛柯梁单元等效。考虑了齿轮销轴弯曲柔性对齿轮支撑刚度的影响,用集中参数方法建立了刚柔耦合的人字行星系统动力学模型。(3)分析了势能法计算齿轮的啮合刚度步骤,考虑到轴交角误差下人字齿轮的啮合特点,推导了误差影响下的人字齿轮左、右两侧的啮合刚度计算过程;使用势能法和有限元接触方法计算了轴交角误差下的内、外啮合副啮合刚度的变化情况。对人字齿轮的对中误差进行了分析,将对中误差视为两侧啮合齿面的初始间隙差异,将对中误差整合到了静态传递误差中进行研究。(4)根据建立的动力学模型,将不同的轴交角误差影响下的啮合刚度和传递误差等作为动态激励代入模型进行计算,得出了不同的轴交角误差对系统内、外啮合左、右两侧齿面动态啮合力等动力学响应的影响。
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