本文關(guān)鍵詞： 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 高速大功率密度 動(dòng)態(tài)特性 減振技術(shù) 阻尼環(huán)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：齒輪作為一種傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的基礎(chǔ)件,被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、風(fēng)電、航空、航天及船舶等領(lǐng)域。為提高傳動(dòng)效率和適應(yīng)其它特殊工況的苛刻性要求,使現(xiàn)代齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)普遍朝著高速、大功率密度、低噪聲、一體化等方向發(fā)展。因齒輪輕量化而導(dǎo)致其柔性變形增加、固有頻率值下降而產(chǎn)生更多的共振區(qū),從而使齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲增大、穩(wěn)定性變差。因此,本文以高速大功率密度齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象,分析考慮齒輪輕量化、阻尼環(huán)減振的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。研究結(jié)果對(duì)于認(rèn)識(shí)高速大功率密度齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、指導(dǎo)阻尼環(huán)減振技術(shù)、輕量化齒輪設(shè)計(jì)等具有重要理論和實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。本文首先基于集中參數(shù)法建立附加阻尼環(huán)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)彎-扭-軸耦合剛體動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行無(wú)量綱化處理。同時(shí),利用滾動(dòng)軸承擬動(dòng)力學(xué)理論和有限元方法,給出一種考慮齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工況參數(shù)、轉(zhuǎn)軸彈性變形的轉(zhuǎn)軸-軸承結(jié)合部等效剛度的計(jì)算方法。該算法可以計(jì)算轉(zhuǎn)軸-軸承結(jié)合部的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等效剛度。研究表明:當(dāng)激勵(lì)轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)軸-軸承的動(dòng)態(tài)等效剛度將會(huì)出現(xiàn)峰值;載荷增加后,轉(zhuǎn)軸-軸承的軸向動(dòng)態(tài)等效剛度趨近于放松端支承軸承的軸向剛度�；诟郊幼枘岘h(huán)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)彎-扭-軸耦合剛體動(dòng)力學(xué)模型,采用Runge-Kutta法研究輪齒嚙合剛度、傳遞誤差和阻尼環(huán)等激勵(lì)因素對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。結(jié)果表明:對(duì)高速大功率密度齒輪,可利用增加輻板阻尼的方式來(lái)抑制其因齒輪輕量化而造成的系統(tǒng)響應(yīng)振幅的增大。阻尼環(huán)能夠顯著抑制齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng);通過(guò)優(yōu)化阻尼環(huán)外圓直徑(即阻尼環(huán)與輪緣間的過(guò)盈量)、厚度、寬度等結(jié)構(gòu)參數(shù)可使齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)獲得最優(yōu)的減振效果�？紤]齒輪、阻尼環(huán)的大柔度變形,采用模態(tài)縮減法和多體動(dòng)力學(xué)軟件Adams相結(jié)合的方法,建立附加阻尼環(huán)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)模型。在考慮接觸彈塑性變形和輪齒間滯回阻尼特性的基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的大接觸變形彈性體間碰撞恢復(fù)系數(shù)計(jì)算方法,該方法適用于彈性變形、彈塑性變形和有限塑性變形的彈性體動(dòng)態(tài)接觸特性分析。同時(shí)基于此模型的研究表明:輻板和輪緣厚度的增加能夠有效抑制齒輪輪緣和輻板軸向振動(dòng)變形的波動(dòng)幅度;穩(wěn)定工況下,平口式阻尼環(huán)使得齒輪輪緣、輻板軸向振動(dòng)幅值的波動(dòng)幅度出現(xiàn)了大幅度下降。變工況下,平口式阻尼環(huán)不但可以大幅度的抑制齒輪軸向振動(dòng)幅值的波動(dòng)幅度,還能夠顯著的抑制軸向嚙合力邊頻振動(dòng)幅值。為研究高速、油潤(rùn)滑等實(shí)際工況下,輕量化齒輪、阻尼環(huán)等對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響及實(shí)際工程化的需求,本文設(shè)計(jì)并研制最高輸入轉(zhuǎn)速為24kr/min、油潤(rùn)滑、激勵(lì)轉(zhuǎn)速和載荷可調(diào)的高速齒輪試驗(yàn)器�；谠撛囼�(yàn)器的試驗(yàn)研究表明:對(duì)高速大功率密度齒輪傳動(dòng)系統(tǒng),在15~24 kr/min激勵(lì)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),齒輪輪緣、輻板軸向振動(dòng)幅值隨著激勵(lì)轉(zhuǎn)速增加而出現(xiàn)大幅度的增加。相對(duì)齒輪輪緣,齒輪輻板的軸向振動(dòng)對(duì)載荷變化更加敏感。穩(wěn)定工況下,阻尼環(huán)能夠有效抑制齒輪輻板的軸向振動(dòng)且降幅比達(dá)到了31.5%~71.4%。同時(shí)本文還研究斷口卡簧式、平口式,平口滾花式阻尼環(huán)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,其中平口式滾花式阻尼環(huán)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)軸向振動(dòng)幅值的抑制、系統(tǒng)輻射噪聲的降低等效果最為明顯。變工況下,阻尼環(huán)能夠有效的抑制齒輪輪緣、輻板軸向振動(dòng)幅值的大幅度波動(dòng),縮短變工況的過(guò)渡時(shí)間,并對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)具有明顯的調(diào)頻降幅作用。最后通過(guò)理論和試驗(yàn)的對(duì)比分析表明:利用附加阻尼環(huán)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)剛體、剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型所得動(dòng)態(tài)特性結(jié)果與試驗(yàn)所得結(jié)果的變化趨勢(shì)相同,但在具體數(shù)值上有一定差距。
[Abstract]:As a basic part of gear movement and power transfer, is widely used in machinery, automobile, wind power, aviation, aerospace and shipbuilding industry. In order to improve the transmission efficiency and other special conditions to adapt to the harsh requirements of modern gear transmission system generally toward high speed, high power density, low noise, integration etc. the direction of development. Because of the lightweight gear and leads to an increase in its flexibility, the natural frequency decreases and the resonance region more, so that the gear transmission system vibration and noise increase, the stability becomes worse. Therefore, based on the high speed and high power density of the gear transmission system as the research object, considering the lightweight gear, the dynamic characteristics of gear transmission system vibration damping ring. The results for understanding the dynamic characteristics of high speed and high power density of the gear transmission system, guide damping ring vibration technology, lightweight gear design has important theoretical and practical The engineering application value. Firstly, the lumped parameter method based on bending - gear transmission system with damping ring torsion shaft coupling dynamics model, and the dimensionless of its dynamics equation. At the same time, the use of rolling bearing quasi dynamic theory and finite element method, gives a consideration of the gear transmission system structure and operating parameters the elastic deformation of the shaft, the shaft - bearing combined with the calculation method of the equivalent stiffness of the Ministry. This method can be used to calculate the combination of static and dynamic stiffness of a shaft bearing. The results show that: when the speed of the system critical speed excitation, dynamic equivalent stiffness of a shaft bearing will peak load increases, the axial; dynamic equivalent shaft - bearing stiffness tends to relax the axial end bearing stiffness. The bending gear transmission system with damping ring torsion shaft coupling dynamics model based on Rung mining E-Kutta method was used to study the influence of meshing stiffness, transmission error and damping ring incentive factors on the dynamic characteristics of the system. The results show that the high speed and high power density can be increased by using gear plate damping way to restrain system because of its lightweight gear caused by the response amplitude increases. The vibration damping ring can inhibit gear the transmission system response; by optimizing the damping ring outer diameter (i.e. the amount of interference between the flange and the damping ring), thickness, width of the structure parameters can make the gear transmission system for optimal damping effect. Considering the gear deformation, high flexibility damping ring, using the method of modal reduction method and multi-body dynamics software Adams. With the establishment of flexible gear transmission system with damping ring coupled multi-body dynamics model. Considering the elastic-plastic contact deformation and hysteretic damping characteristics between gear teeth on the basis, proposed an improved The contact deformation calculation method of elastic collision recovery coefficient, this method is suitable for analysis of elastic deformation, elastic-plastic deformation and finite plastic deformation of the elastic body dynamic contact characteristics. At the same time the research based on this model show that the increase in the thickness of the plate and rim can effectively inhibit the fluctuation of deformation and the plate gear rim axial vibration; stability under the condition of flat type damping ring makes the gear rim, fluctuation plate axial vibration amplitude has dropped dramatically. Under variable conditions, flat type damping ring can greatly inhibit the gear shaft to the fluctuation amplitude of vibration, but also can inhibit the axial force and meshing significantly the amplitude of vibration frequency. For the study of high speed, the actual condition of oil lubrication, lightweight gear damping ring, influence on the dynamic characteristics of gear transmission system and the actual engineering needs, this paper designs and develops the highest The input speed is 24kr/min, oil lubrication, high speed gear tester excitation load and speed adjustable. Experimental study on the tester that based on high speed and high power density gear transmission system in 15~24 kr/min excitation speed range, gear rim, spokes axial vibration amplitude with excitation speed increases greatly. The relative increase the gear rim is more sensitive to the variation of axial vibration of gear plate on load. The steady operating conditions, the damping ring can effectively restrain the gear disc axial vibration and drop ratio reached 31.5%~71.4%. at the same time, this paper also studies the fracture circlip type, flat type, flat knurled damping ring effect on dynamic characteristic of gear transmission system. The flat type damping ring knurled inhibition on the axial vibration amplitude of the gear transmission system, system noise reduction effect is most obvious. Under variable conditions, the damping ring can have Inhibition effect of gear rim, fluctuation plate axial vibration amplitude, transition time variable condition, and has obvious effect on the decline of FM gear transmission system. Finally, by comparing the experimental and theoretical analysis show that the gear transmission system of rigid body with damping ring, and the trend of the dynamic characteristics of the rigid flexible coupling dynamics the model and the test results of the same, but there is a certain gap between the specific values.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH132.41

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本文編號(hào)：1552945