少齿差行星减速器动态特性分析及非线性振动的研究

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1、DynamicCharacteristicsAnalysisandNonlinearVibrationResearchonaPlanetaryReducerwithSmallToothNumberDifferenceAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByHuangChaoSupervisedbyProf.WangJiaxuSpecialty:Mechan

2、icalDesignandTheoryCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2013中文摘要摘要课题来源于国防科工委“十一五”民用航天预研项目—“空间环境下的高性能摩擦副与高效传动机构技术”（C4220061319）、国家教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目—“高性能机电传动系统的创新设计理论、方法与技术”（IRT0763）、国家自然科学基金重点项目—“新型高性能传动件及系统的可靠性设计理论与方法”（50735008）。减速

3、器系统的工作状态极其复杂，不仅载荷工况和动力装置多样，且对于齿轮传动系统，由于时变啮合刚度、传动误差、齿侧间隙等因素的影响，引起轮齿接触–脱离–接触周期性、强非线性耦合振动，对传动系统的平稳性、可靠性产生严重影响。因此对其进行动态特性、间隙非线性振动行为及影响因素的研究，为高性能齿轮系统的设计、分析、制造提供了一定的理论依据与实验参考。论文以NN型少齿差行星减速器为对象，先分析其结构及传动原理，用有限元法分析其固有频率及模态振型，用集中质量法建立减速器系统非线性振动模型与方程，通过数值求解分析减速器非线性振动特性以及参数对它的影

4、响。最后对其模态特性和振动响应进行实验研究。论文主要研究内容如下：（1）分析该减速器的结构、传动原理，计算某常见工况下各传动件的理论转速。求得两级传动的理论啮合频率、啮合阻尼。详细分析各滚动轴承的变形、刚度、阻尼等动特性参数。（2）推导内齿副单齿刚度计算式，考虑理论重合度，计算多对齿啮合刚度。将两级传动多对齿时变啮合刚度拟合为8阶Fourier级数的形式。分别以各级传动啮合角频率为角速度的正弦函数模拟各级齿轮误差。（3）采用ABAQUS建立该减速器有限元自由模态分析模型，其中轮齿啮合部位采用绑定约束，用弹簧单元模拟轴承。采用La

5、nczos特征值求解器对该减速器进行自由模态求解，获得该减速器前20阶固有频率及模态振型。（4）综合考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙及支撑刚度和阻尼，用集中质量法建立多自由度、多间隙、变参数、弯–扭耦合的两级齿轮系统非线性振动模型，用Lagrange方程推导齿轮系统的非线性振动微分方程组。用四阶五级的RKF法对非线性微分方程组求解，系统地分析该减速器各齿轮振动位移、速度响应，以及振动位移–速度相图、Poincaré截面。进一步计算得齿轮弹粘啮合力、轴承动载荷、振动加速度响应。最后分析各参数对减速器非线性振动特性的影响。（5）

6、用LMSTest.Lab对该减速器进行锤击法自由模态实验，验证理论分析I重庆大学博士学位论文结果的正确性。用三向加速度传感器采集减速器壳体振动信号，由FFT变换得到相应的振动频率，经1/3倍频处理分析振动加速度级结构噪声，经积分处理得到振动速度及位移响应。关键词：行星减速器，少齿差，动态特性，非线性振动，结构噪声II英文摘要ABSTRACTThisresearchsubjectstemsfromtheprojects―CommissionofScience,TechnologyandIndustryforNationalDefe

7、nse"EleventhFive-Year"civilianspacepre-researchproject-thehighperformancefrictionpairsandefficienttransmissionmechanismtechnologyunderspaceenvironment(No.C4220061319)‖and―ProgramforChangjiangScholarsandInnovativeResearchTeamofChineseMinistryofEducation-theinnovationd

8、esigntheory,methodandtechnologyofhighperformanceelectricdrivesystem(No.IRT0763)‖and―NationalNaturalScienceFoundationKeyProjectofChi