【摘要】：消隙齒輪傳動系統(tǒng)在精密機(jī)構(gòu)及儀器,尤其在慣性穩(wěn)定平臺上的運(yùn)用非常廣泛。隨著慣性穩(wěn)定平臺向高精度,高可靠性以及抗惡劣工作環(huán)境的方向發(fā)展,保證并且提高消隙齒輪系統(tǒng)傳動精度及其動態(tài)性能指標(biāo)的要求更加迫切。實踐表明,裝配參數(shù)及相關(guān)誤差等因素可能引發(fā)慣性穩(wěn)定平臺精密傳動裝置機(jī)械諧振失穩(wěn)和其他動力學(xué)問題,從而導(dǎo)致動態(tài)性能難以控制甚至不可控制�；诖�,本文開展了對消隙齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)特性以及影響其動力學(xué)特性的諸多因素的研究。從理論上分析了裝配參數(shù)及誤差對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響機(jī)理,建立了含多種非線性因素的消隙齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型,深入研究了裝配參數(shù)及相關(guān)誤差對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響規(guī)律,提出并研制了一套基于虛擬儀器的消隙齒輪動態(tài)特性測試與試驗驗證平臺,并驗證了論文相關(guān)研究結(jié)論的正確性。本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性工作如下。(1)提出裝配參數(shù),動力學(xué)參數(shù)以及動力學(xué)性能之間的三個映射系概念,初步分析了各裝配參數(shù)對消隙齒輪系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響機(jī)理。定義了裝配參數(shù),動力學(xué)參數(shù)及動力學(xué)性能之間的映射,分析了從裝配參數(shù)到系統(tǒng)動力學(xué)性能的映射關(guān)系,在此基礎(chǔ)上,逐一分析了裝配預(yù)緊力,過盈配合量與間隙,平行度偏差以及其他參數(shù)對消隙齒輪系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響機(jī)理。(2)詳細(xì)分析了消隙齒輪系統(tǒng)嚙合傳動原理,建立了消隙齒輪系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型,研究了消隙齒輪系統(tǒng)的傳動特性以及相關(guān)因素的動力學(xué)性能影響規(guī)律。以普通直齒齒輪嚙合原理為依據(jù),結(jié)合消隙齒輪系統(tǒng)的嚙合特點(diǎn),分析了消隙齒輪系統(tǒng)各齒輪之間的嚙合情況,提出一種齒輪副單雙齒嚙合區(qū)的確定方法,建立了含多時變參數(shù)的消隙齒輪傳動系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型,分析了摩擦、阻尼、扭簧剛度、扭簧預(yù)緊力等因素對消隙齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。(3)以單級消隙齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象,深入研究了軸承裝配參數(shù)對消隙齒輪系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響。提出并建立了消隙齒輪等效嚙合剛度模型,在齒輪單嚙合點(diǎn)嚙合剛度計算公式的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出消隙齒輪綜合嚙合剛度計算公式;在考慮軸承裝配過盈量與軸承預(yù)緊力的基礎(chǔ)上,提出了一種簡化的角接觸球軸承接觸剛度算法,推導(dǎo)了軸承徑向剛度計算公式并給出了其算法流程;建立了消隙齒輪轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的橫向-扭轉(zhuǎn)動力學(xué)微分方程,分析并得到了軸承裝配過盈量與預(yù)緊力系統(tǒng)頻率特性的影響規(guī)律。(4)建立了消隙齒輪系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型,并深入研究了部分裝配參數(shù)及相關(guān)誤差對消隙齒輪系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響。以齒輪三維接觸動力學(xué)理論為依據(jù),利用ADAMS/Flex的柔性體有限元建模技術(shù),建立了基于ADAMS/View的消隙齒輪傳動系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型,提高了消隙齒輪動力學(xué)建模與分析的精度;采用基于掃頻激勵的虛擬試驗方法,詳細(xì)分析了各裝配參數(shù)及相關(guān)誤差對單級消隙齒輪傳動系統(tǒng)的振動特性和頻率特性的影響,得到了扭簧預(yù)緊力、軸間距及軸平行度偏差等因素對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響規(guī)律。(5)以某消隙齒輪減速器為試驗對象,運(yùn)用基于虛擬儀器的的系統(tǒng)動態(tài)特性測試方法,開展了消隙齒輪系統(tǒng)動力學(xué)性能測試與試驗研究。研制了一臺基于消隙齒輪傳動的減速裝置,搭建了一套基于Lab View的消隙齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)性能測試平臺,提出了一種啟動電壓和諧振頻率的測試方法,檢驗了測試平臺的測試穩(wěn)定性,并利用此平臺驗證了部分研究結(jié)論的正確性。
[Abstract]:Clearance-eliminating gear transmission system is widely used in precision mechanisms and instruments, especially in inertial stabilization platforms. With the development of inertial stabilization platforms towards high precision, high reliability and anti-harsh working environment, it is more urgent to ensure and improve the transmission accuracy and dynamic performance of clearance-eliminating gear system. The mechanical resonance instability and other dynamic problems of the precision transmission of the inertia stabilized platform may be caused by the assembly parameters and related errors, which makes the dynamic performance difficult to control or even uncontrollable. The influence mechanism of assembly parameters and errors on the dynamic characteristics of the system is analyzed theoretically. The dynamic model of the backlash gear transmission system with various nonlinear factors is established. The influence of assembly parameters and related errors on the dynamic characteristics of the system is studied deeply. A set of backlash gear based on virtual instrument is proposed and developed. The main contents and innovative work of this paper are as follows. (1) The concepts of three mapping systems among assembly parameters, dynamic parameters and dynamic performance are proposed, and the influence of assembly parameters on the dynamic performance of clearance gear system is analyzed. The mapping between assembly parameters, dynamic parameters and dynamic performance is defined, and the mapping relationship from assembly parameters to system dynamic performance is analyzed. On this basis, the influence of assembly pre-tightening force, interference fit and clearance, parallelism deviation and other parameters on dynamic performance of backlash-eliminating gear system is analyzed one by one. (2) The meshing transmission principle of clearance-reducing gear system is analyzed in detail, the nonlinear dynamic model of clearance-reducing gear system is established, and the transmission characteristics of clearance-reducing gear system and the influence law of related factors on dynamic performance are studied. In this paper, a method for determining the meshing region of single and double teeth in backlash gear system is proposed. A nonlinear dynamic model of backlash-eliminating gear transmission system with multiple time-varying parameters is established. The effects of friction, damping, torsion spring stiffness and pre-tightening force on the dynamic characteristics of backlash-eliminating gear transmission system are analyzed. The influence of bearing assembly parameters on the dynamic performance of the clearance-reducing gear system is studied in detail. The equivalent meshing stiffness model of the clearance-reducing gear is proposed and established. Based on the meshing stiffness formula of the single meshing point of the gear, the meshing stiffness formula of the clearance-reducing gear is deduced. On the basis of bearing assembly interference and bearing pre-tightening force, a simplified contact stiffness algorithm for angular contact ball bearings is proposed, the calculation formula of bearing radial stiffness is derived and its algorithm flow is given; the lateral-torsional dynamic differential equation of clearance-eliminating gear rotor-bearing system is established, and the bearing assembly interference is analyzed and obtained. (4) The rigid-flexible coupling dynamic model of clearance gear system is established, and the influence of some assembly parameters and relative errors on the dynamic performance of clearance gear system is studied. A rigid-flexible coupling dynamic model of backlash gear transmission system based on ADAMS/View is established to improve the accuracy of modeling and analysis of backlash gear dynamics. The influence of pre-tightening force of torsion spring, shaft spacing and shaft parallelism deviation on the dynamic characteristics of the system is obtained. (5) Taking a clearance-reducing gear reducer as the test object, the dynamic performance test and experimental research of the clearance-reducing gear system are carried out by using the system dynamic characteristic test method based on virtual instrument. A set of dynamic performance test platform of backlash gear transmission system based on Lab View is built. A test method of starting voltage and harmonic frequency is put forward. The test stability of the test platform is checked and the validity of some research conclusions is verified by this platform.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH132.41

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本文編號：2250632