某雷达天线座齿轮传动副动力学研究

论文摘要

齿轮传动在雷达天线座传动系统中被广泛采用,目前正向着高速、低噪、轻质、精密的方向发展。由于制造、安装等的误差和齿轮传动过程中的磨损,不可避免地在齿轮副中造成间隙。由于齿侧间隙的存在,齿轮传动过程中齿轮间的接触状态将会发生变化,从而导致齿轮间接触、分离、再接触的啮入啮出冲击,这种由间隙引发的冲击带来的强烈振动、噪声和较大的动载荷,不仅影响齿轮的寿命和可靠性,而且影响雷达伺服系统的定位精度和稳定性。本文针对雷达天线座齿轮传动系统的特点和影响传动精度的关键性指标——齿侧间隙,以雷达天线座齿轮传动系统的末级齿轮副为研究对象用集中质量法建立了齿轮间隙非线性单自由度数学模型,利用MATLAB/Simulink及四阶变步长Runge-Kutta方法对齿轮间隙非线性动力学模型进行建模仿真并求解,通过大量的数值计算,并运用现代非线性动力学分析理论和方法定性定量地分析了阻尼比、激励频率、激励幅值等参数变化对齿轮间隙非线性系统的动力学响应特性的影响。并着重分析比较了在轻载和重载两种工况下齿侧间隙变化对系统的非线性动力学响应特性的影响,为我们今后在工程实践中合理设计齿侧间隙提供理论依据。同时本文还以雷达天线座齿轮传动系统末级一对渐开线直齿轮副为研究对象,采用简化的动力学齿轮振动模型来计算齿轮副等效啮合刚度,并以振动最小为目标利用MATLAB优化工具箱的fmincon函数对其进行优化求解,将齿轮的动态分析与优化设计有机结合起来,真正实现了雷达天线座齿轮传动系统的动态优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 齿轮动力学研究概况
• 1.3 本文研究内容
• 2 雷达天线座齿轮传动系统的设计与分析
• 2.1 雷达天线座齿轮传动系统的特点
• 2.2 雷达天线座齿轮传动系统的主要载荷分析
• 2.2.1 风载荷
• 2.2.2 惯性载荷
• 2.2.3 摩擦载荷
• 2.2.4 重力载荷
• 2.2.5 动载荷
• 2.3 齿侧间隙的来源及其对伺服性能的影响
• 2.3.1 齿侧间隙的来源
• 2.3.2 齿侧间隙对伺服性能的影响
• 3 面向齿侧间隙的齿轮传动副动力学模型及方程的建立
• 3.1 概述
• 3.2 建立系统的间隙非线性动力学模型
• 3.3 建立系统的间隙非线性动力学运动微分方程
• 4 非线性动力学分析基础及其数值求解
• 4.1 非线性动力学分析理论基础
• 4.1.1 状态空间中的几个基本概念
• 4.1.2 相轨迹与相平面
• 4.1.3 平衡点及其稳定性
• 4.1.4 周期运动和点映射系统
• 4.1.5 超谐波响应和亚谐波响应
• 4.1.6 分岔与混沌
• 4.2 非线性动力学数值分析的基本方法
• 4.2.1 时域波形分析法
• 4.2.2 相平面法
• 4.2.3 Poincare截面法
• 4.2.4 功率谱分析法
• 4.3 非线性动力学系统模型的数值求解
• 4.3.1 数值方法中的Runge-Kutta法
• 4.3.2 数值仿真应用工具MATLAB/Simulink介绍
• 5 齿轮间隙非线性系统模型的仿真及其响应特性分析
• 5.1 齿轮间隙非线性系统的MATLAB/Simulink仿真建模
• 5.2 齿轮间隙非线性系统的参数分析
• 5.2.1 阻尼比ζ变化时的响应
• 5.2.2 激励频率ω|-变化时的响应
• 5.2.3 激励幅值Pa/Pm变化时的响应
• 5.2.4 间隙b变化时的响应
• 5.3 小结
• 6 雷达天线座齿轮传动副动态优化设计
• 6.1 建立齿轮传动的动力学模型
• 6.2 渐开线圆柱齿轮传动的动态优化设计
• 6.2.1 目标函数的确定
• 6.2.2 设计变量的确定
• 6.2.3 大、小齿轮的几何形状和尺寸计算
• 6.2.4 约束条件的确定
• 6.3 齿轮的动态优化设计实例
• 7 结束语
• 致谢
• 参考文献