多間隙耦合的航天器齒輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間:2018-06-08 23:46
本文選題:多間隙 + 動力學(xué); 參考:《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文
【摘要】:由于航空航天工程和高精度機(jī)械工程的不斷發(fā)展,對于機(jī)構(gòu)運(yùn)動精度、運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命的要求越來越高。機(jī)構(gòu)中的間隙對于系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性的影響也越來越受到人們的重視,尤其對于航天器而言,在空間微重力環(huán)境中,間隙對系統(tǒng)運(yùn)動精度和運(yùn)行穩(wěn)定性的影響尤為明顯。而齒輪機(jī)構(gòu)作為航天器中最為常用的傳動機(jī)構(gòu),存在軸承徑向間隙和齒側(cè)間隙,這些間隙相互耦合相互影響,導(dǎo)致機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性發(fā)生變化,甚至引起航天器性能和精度下降。本文針對航天器中齒輪機(jī)構(gòu)存在的多間隙耦合問題,開展相應(yīng)的動力學(xué)建模、分析以及試驗(yàn)研究,為航天機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性分析奠定基礎(chǔ)。在多間隙齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)建模方面,以單對齒輪為切入點(diǎn),并逐步擴(kuò)展到行星齒輪傳動系統(tǒng)以及衛(wèi)星天線雙軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)上。針對單對齒輪中存在的多間隙問題,提出了一種新的考慮多間隙耦合的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)建模方法。建立了多間隙耦合模型,利用二狀態(tài)模型描述軸承徑向間隙,利用徑向間隙函數(shù)描述齒側(cè)間隙的動態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上,建立能夠考慮軸承徑向間隙、齒側(cè)間隙以及時(shí)變嚙合剛度等因素的多間隙耦合齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型。并將多間隙耦合模型應(yīng)用到行星齒輪傳動系統(tǒng)和星間鏈路衛(wèi)星天線雙軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)中,建立了相應(yīng)的動力學(xué)模型,為航天器機(jī)構(gòu)中間隙動力學(xué)的理論研究和工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在試驗(yàn)研究方面,建立了考慮多間隙耦合的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗(yàn)臺,在試驗(yàn)中同時(shí)考慮軸承徑向間隙和齒側(cè)間隙,并能夠?qū)崿F(xiàn)徑向間隙與齒側(cè)間隙的大小可調(diào)。通過對比分析不同轉(zhuǎn)速和間隙大小下振動特性的理論值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),相比于傳統(tǒng)的多間隙模型,本文提出的多間隙耦合模型在頻率和振幅的計(jì)算上與試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為吻合,且能夠體現(xiàn)出轉(zhuǎn)速和間隙大小變化可能引發(fā)的系統(tǒng)諧振現(xiàn)象。在動力學(xué)特性分析方面,本文對比分析了多間隙耦合模型與無耦合模型之間的差別,并進(jìn)一步分析在多間隙耦合效應(yīng)的影響下,轉(zhuǎn)速、間隙大小等因素對于多間隙齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,在多間隙耦合效應(yīng)的影響下,轉(zhuǎn)速和間隙大小對于齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性有非常明顯的影響。隨著轉(zhuǎn)速的提高,徑向跳動逐漸減弱,而齒面沖擊逐漸增大。徑向間隙增大不但使齒輪系統(tǒng)的徑向誤差增大,還會增大轉(zhuǎn)角誤差,降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。而隨著初始齒側(cè)間隙的增大,齒輪轉(zhuǎn)角誤差增大,齒輪嚙合力的幅值也隨之增大,齒輪的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動更為劇烈。通過頻譜分析,找到了可能引發(fā)系統(tǒng)諧振的轉(zhuǎn)速和間隙尺寸,為提高齒輪系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性提供指導(dǎo)。對多間隙耦合的行星齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)特性研究結(jié)果表明,多間隙耦合效應(yīng)不但使得行星齒輪傳動系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)動偏差,導(dǎo)致動態(tài)嚙合力增大,加劇行星齒輪與內(nèi)齒圈齒面之間的磨損,還會引發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件之間的耦合振動。同時(shí)在多間隙耦合效應(yīng)的影響下,轉(zhuǎn)速、間隙大小和負(fù)載都會對系統(tǒng)動力學(xué)特性產(chǎn)生明顯影響。轉(zhuǎn)速較高的情況下,行星齒輪的軸承徑向力和輪齒嚙合力都較大,且波動劇烈;行星架與行星齒輪徑向間隙大小對于系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響最為明顯,徑向間隙較大時(shí),行星架與行星齒輪的軸承徑向接觸力明顯增大;較大的慣性負(fù)載有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;通過頻譜分析,找到了可能引發(fā)系統(tǒng)諧振的轉(zhuǎn)速和間隙大小,在設(shè)計(jì)和使用過程中,應(yīng)該盡量避開諧振位置。通過多間隙耦合效應(yīng)對衛(wèi)星天線雙軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和運(yùn)行穩(wěn)定性的影響規(guī)律研究可知:在單軸轉(zhuǎn)動過程中,俯仰軸轉(zhuǎn)動時(shí)應(yīng)選取較低的轉(zhuǎn)速,而方位軸轉(zhuǎn)動時(shí)可以適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速。而在雙軸轉(zhuǎn)動時(shí),轉(zhuǎn)速為0.98°/s時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動精度和運(yùn)行穩(wěn)定性最好;方位軸轉(zhuǎn)動時(shí)關(guān)節(jié)受力較大,更容易引起磨損和疲勞;通過頻譜分析,分別找到了可能引發(fā)系統(tǒng)諧振時(shí)的方位軸和俯仰軸的間隙大小,在對雙軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,可以參考文中的分析數(shù)據(jù),合理選擇間隙大小。
[Abstract]:This paper presents a new dynamic modeling method of gear rotor system considering multi - gap coupling . In order to improve the running stability and reliability of the gear system , the dynamic characteristics of the planetary gear transmission system with multi - gap coupling are studied .
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:V414
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本文編號:1997774
本文鏈接:http://sikaile.net/kejilunwen/hangkongsky/1997774.html
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