復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)具有更大的扭矩質(zhì)量比,能實(shí)現(xiàn)更多的傳動(dòng)比,已被廣泛運(yùn)用于車輛和飛行器中。但復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,影響其動(dòng)力學(xué)特性的因素更多,具有更為嚴(yán)重的噪音和振動(dòng)問題。對(duì)復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入研究,剖析振動(dòng)機(jī)理,進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改,是減小其振動(dòng)和噪音,提高其可靠性和傳動(dòng)效率的根本措施。但目前對(duì)其研究還處于起步階段,并且主要集中于對(duì)其線性特性的研究。本文建立了復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)特性、固有特性及特征靈敏度和均載特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 根據(jù)對(duì)集中質(zhì)量運(yùn)動(dòng)模式處理方式的不同,齒輪動(dòng)力學(xué)模型可分為純扭轉(zhuǎn)模型和平移-扭轉(zhuǎn)耦合模型。論文首先采用集中質(zhì)量法建立了復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)非線性動(dòng)力學(xué)模型。模型考慮了時(shí)變嚙合剛度,齒側(cè)間隙和齒輪副綜合嚙合誤差等非線性因素的影響；模型中包含系統(tǒng)所有的功率流狀況,適用于任意的行星輪組數(shù),任意的行星輪組間距、任意的嚙合相位和任意的同組行星輪相對(duì)位置。引入構(gòu)件的相對(duì)位移作為新的廣義坐標(biāo),推導(dǎo)出矩陣形式的系統(tǒng)非線性統(tǒng)一微分方程,并對(duì)方程組進(jìn)行了無量綱化處理。 為有效求解非線性微分方程組,分析了變步長(zhǎng)Gill數(shù)值積分法的求解原理；論述了常用的混沌定性研究方法；然后基于系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)分析模型,通過改變系統(tǒng)的無量綱激勵(lì)頻率,運(yùn)用變步長(zhǎng)Gill法求解得到了系統(tǒng)單周期非諧響應(yīng)、多周期次諧響應(yīng)、擬周期響應(yīng)和混沌響應(yīng)；綜合利用時(shí)間歷程、相圖、Poincare截面和功率譜判別系統(tǒng)處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),對(duì)各種響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比和分析；通過改變系統(tǒng)嚙合阻尼比,繪制系統(tǒng)分岔圖,尋找系統(tǒng)由周期進(jìn)入混沌的途徑。 當(dāng)齒輪支撐剛度與嚙合剛度之比小于10時(shí),不能再用純扭轉(zhuǎn)模型來分析計(jì)算復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。為了使模型能更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況,建立了復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的平移-扭轉(zhuǎn)耦合非線性動(dòng)力學(xué)模型。模型中每個(gè)構(gòu)件具有兩個(gè)平移自由度和一個(gè)扭轉(zhuǎn)自由度,總共6N+12個(gè)自由度,其中N為行星輪組數(shù)；考慮了系統(tǒng)時(shí)變嚙合剛度、綜合嚙合誤差和陀螺效應(yīng)。通過選取合適的坐標(biāo)變換,推導(dǎo)出系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)微分方程；給出了系統(tǒng)的無量綱分析模型,為固有特性分析和均載特性研究奠定了基礎(chǔ)。 通過求解特征值方程得到了系統(tǒng)的固有頻率和振型,總結(jié)出復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性的規(guī)律；分析了復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的特征靈敏度,推導(dǎo)了與模態(tài)動(dòng)能和模態(tài)應(yīng)變能有關(guān)的振動(dòng)模態(tài)特征靈敏度表達(dá)式；然后改變系統(tǒng)某一參數(shù),包括各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、支撐剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和同組兩種行星輪的相對(duì)位置,研究固有特性隨參數(shù)變化的變化趨勢(shì)；本文還研究了行星輪組在行星架上不均勻分布時(shí)系統(tǒng)固有特性的特征。 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)系統(tǒng)的同軸性和對(duì)稱性提出了更高要求。實(shí)際上,由于系統(tǒng)中各組成構(gòu)件不可避免地存在制造、裝配等誤差,載荷不可能實(shí)現(xiàn)均勻分流。本文分析了復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的安裝和制造誤差,給出了具體表達(dá)式,并對(duì)已建立的平移-扭轉(zhuǎn)耦合非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了修正。通過改變系統(tǒng)的參數(shù)值,包括行星輪組數(shù)、太陽(yáng)輪支撐剛度、行星架運(yùn)轉(zhuǎn)速度和同組兩種行星輪之間的相對(duì)位置,求解各行星輪的均載系數(shù),研究系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)均載特性的影響。 通過本文的研究揭示了復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)特性,掌握了設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)固有特性和均載特性的影響規(guī)律,為實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH132.41
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要代號(hào)說明
圖目錄
表目錄
1 緒論
    1.1 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)概述
    1.2 課題的研究意義和研究來源
    1.3 行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究現(xiàn)狀
        1.3.1 動(dòng)力學(xué)模型
        1.3.2 動(dòng)態(tài)響應(yīng)
        1.3.3 動(dòng)載荷與均載
        1.3.4 固有特性
    1.4 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究現(xiàn)狀
    1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容
2 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)特性
    2.1 引言
    2.2 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型
    2.3 純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)分析模型的建立
        2.3.1 純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)微分方程
        2.3.2 廣義坐標(biāo)變換
        2.3.3 微分方程的無量綱化處理
        2.3.4 齒輪時(shí)變綜合嚙合剛度分析
    2.4 數(shù)值積分求解方法
    2.5 混沌的常用分析方法
        2.5.1 時(shí)間歷程和相圖
        2.5.2 Poincare截面
        2.5.3 功率譜分析
        2.5.4 分岔圖
    2.6 純扭轉(zhuǎn)非線性數(shù)學(xué)模型的求解與分析
        2.6.1 激勵(lì)頻率變化時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解
        2.6.2 嚙合阻尼變化時(shí)擬周期分岔道路
    2.7 本章小結(jié)
3 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)平移—扭轉(zhuǎn)耦合 非線性動(dòng)力學(xué)模型
    3.1 引言
    3.2 平移-扭轉(zhuǎn)耦合非線性動(dòng)力學(xué)模型的建立
    3.3 平移-扭轉(zhuǎn)耦合系統(tǒng)數(shù)學(xué)微分方程
        3.3.1 構(gòu)件的加速度分析
        3.3.2 各齒輪副間的相對(duì)位移
        3.3.3 運(yùn)動(dòng)微分方程
    3.4 本章小結(jié)
4 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性及特征靈敏度
    4.1 引言
    4.2 特征方程的建立與求解
    4.3 特征靈敏度的計(jì)算
    4.4 特征靈敏度數(shù)值特性分析
        4.4.1 質(zhì)量對(duì)固有特性的影響
        4.4.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)固有特性的影響
        4.4.3 支撐剛度對(duì)固有特性的影響
        4.4.4 扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響
        4.4.5 同組行星輪相對(duì)位置對(duì)固有特性的影響
        4.4.6 行星輪組不均勻分布時(shí)系統(tǒng)的固有特性
    4.5 本章小結(jié)
5 復(fù)合行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)均載特性
    5.1 引言
    5.2 系統(tǒng)誤差分析
        5.2.1 構(gòu)件的制造與裝配誤差
        5.2.2 嚙合副的綜合嚙合誤差
    5.3 系統(tǒng)分析模型的修正
    5.4 均載系數(shù)的計(jì)算
    5.5 設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)均載的影響
        5.5.1 行星輪組數(shù)的影響
1支撐剛度的影響'>        5.5.2 太陽(yáng)輪s₁支撐剛度的影響
        5.5.3 行星架轉(zhuǎn)速的影響
        5.5.4 同組行星輪相對(duì)位置的影響
    5.6 本章小結(jié)
6 總結(jié)和展望
    6.1 主要研究工作和結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄Ⅰ 純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)微分方程系數(shù)矩陣
附錄Ⅱ 平移-扭轉(zhuǎn)耦合動(dòng)力學(xué)微分方程系數(shù)矩陣
附錄Ⅲ 作者攻博期間的學(xué)術(shù)論文和專利
附錄Ⅳ 作者攻博期間參與的主要科研工作

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2848831