發(fā)布時間：2018-06-08 23:46

  本文選題：多間隙 + 動力學��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年博士論文

【摘要】：由于航空航天工程和高精度機械工程的不斷發(fā)展,對于機構運動精度、運行穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命的要求越來越高。機構中的間隙對于系統(tǒng)非線性動力學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)運動精度和運行穩(wěn)定性的影響尤為明顯。而齒輪機構作為航天器中最為常用的傳動機構,存在軸承徑向間隙和齒側間隙,這些間隙相互耦合相互影響,導致機構動力學特性發(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構存在的多間隙耦合問題,開展相應的動力學建模、分析以及試驗研究,為航天機構的優(yōu)化設計、可靠性分析奠定基礎。在多間隙齒輪系統(tǒng)的動力學建模方面,以單對齒輪為切入點,并逐步擴展到行星齒輪傳動系統(tǒng)以及衛(wèi)星天線雙軸驅(qū)動機構上。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子系統(tǒng)動力學建模方法。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)描述齒側間隙的動態(tài)變化。在此基礎上,建立能夠考慮軸承徑向間隙、齒側間隙以及時變嚙合剛度等因素的多間隙耦合齒輪轉子系統(tǒng)動力學模型。并將多間隙耦合模型應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)動機構中,建立了相應的動力學模型,為航天器機構中間隙動力學的理論研究和工程應用奠定了基礎。在試驗研究方面,建立了考慮多間隙耦合的齒輪轉子系統(tǒng)試驗臺,在試驗中同時考慮軸承徑向間隙和齒側間隙,并能夠?qū)崿F(xiàn)徑向間隙與齒側間隙的大小可調(diào)。通過對比分析不同轉速和間隙大小下振動特性的理論值與試驗數(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算上與試驗數(shù)據(jù)更為吻合,且能夠體現(xiàn)出轉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,并進一步分析在多間隙耦合效應的影響下,轉速、間隙大小等因素對于多間隙齒輪轉子系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律。結果表明,在多間隙耦合效應的影響下,轉速和間隙大小對于齒輪轉子系統(tǒng)的動力學特性有非常明顯的影響。隨著轉速的提高,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,還會增大轉角誤差,降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。而隨著初始齒側間隙的增大,齒輪轉角誤差增大,齒輪嚙合力的幅值也隨之增大,齒輪的扭轉運動更為劇烈。通過頻譜分析,找到了可能引發(fā)系統(tǒng)諧振的轉速和間隙尺寸,為提高齒輪系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性提供指導。對多間隙耦合的行星齒輪傳動系統(tǒng)的動力學特性研究結果表明,多間隙耦合效應不但使得行星齒輪傳動系統(tǒng)出現(xiàn)運動偏差,導致動態(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)結構內(nèi)部各構件之間的耦合振動。同時在多間隙耦合效應的影響下,轉速、間隙大小和負載都會對系統(tǒng)動力學特性產(chǎn)生明顯影響。轉速較高的情況下,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)動力學特性的影響最為明顯,徑向間隙較大時,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)諧振的轉速和間隙大小,在設計和使用過程中,應該盡量避開諧振位置。通過多間隙耦合效應對衛(wèi)星天線雙軸驅(qū)動機構的運動精度和運行穩(wěn)定性的影響規(guī)律研究可知:在單軸轉動過程中,俯仰軸轉動時應選取較低的轉速,而方位軸轉動時可以適當提高轉速。而在雙軸轉動時,轉速為0.98°/s時系統(tǒng)的運動精度和運行穩(wěn)定性最好;方位軸轉動時關節(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)諧振時的方位軸和俯仰軸的間隙大小,在對雙軸驅(qū)動機構的設計中,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 .
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V414
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本文編號：1997774