超环面行星蜗杆传动动力学研究

论文摘要

超环面行星蜗杆传动具有传动比大、效率高和承载能力大等优点,可以在很小的空间内传递大转矩,特别适用于航空和航天等尖端技术领域。不良的动力学特性将导致该传动在工作中产生噪声和过大的动载荷。因此,该传动动力学问题的研究具有重要理论意义和实用价值。本文从弹性动力学模型、自由振动、强迫振动以及啮合参数振动等方面针对超环面行星蜗杆传动系统的动态特性进行了深入系统的研究工作。主要内容如下:建立了超环面行星蜗杆传动系统弹性动力学模型,计入了系统每个构件的三个平移自由度和三个扭转自由度,根据牛顿第二定律和位移平衡法推导了系统动力学方程,并基于系统模型对该传动系统自由振动特性进行了深入的研究,分析了支承刚度对系统振动的影响,为系统结构动力参数设计提供了理论依据。推导了该传动系统在外加激振力作用下的强迫振动方程,对强迫振动下系统的时域、频域响应进行了分析,并研究了系统设计参数对系统频域响应的影响规律。研究了该传动系统啮合刚度的变化,推导了系统参数振动方程,完成了该传动系统啮合参数激励下时域和频域的响应分析。建立了机电集成超环面行星蜗杆传动机电耦合动力学模型,分析了其自由振动特性及模态特征。建立了该传动系统的三维实体结构动力学模型,运用三维建模软件PRO/E的MECHANICA STRUCTURE模块对系统的模态特征进行了模拟仿真,并与理论计算结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超环面行星蜗杆传动的发展历史
• 1.3 超环面行星蜗杆传动系统动力学研究现状
• 1.3.1 行星齿轮传动系统
• 1.3.2 超环面行星蜗杆传动系统
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 超环面行星蜗杆传动自由振动分析
• 2.1 超环面行星蜗杆传动动力学模型的建立
• 2.2 系统动力学方程推导
• 2.2.1 蜗杆/行星轮子系统
• 2.2.2 定子/行星轮子系统
• 2.2.3 转子/行星轮子系统
• 2.2.4 整个系统
• 2.3 系统自由振动特性分析
• 2.3.1 固有频率分析
• 2.3.2 模态分析
• 2.4 支承刚度对系统振动的影响
• 2.4.1 特征向量灵敏度公式推导
• 2.4.2 支承刚度对系统振动的影响分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 超环面行星蜗杆传动强迫振动分析
• 3.1 阻尼系统强迫振动方程
• 3.2 系统强迫响应分析
• 3.2.1 时域强迫响应公式推导
• 3.2.2 频域强迫响应公式推导
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 时域响应
• 3.3.2 频域响应
• 3.3.3 系统参数对频域响应的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 超环面行星蜗杆传动参数振动分析
• 4.1 行星轮啮合刚度计算
• 4.1.1 平均啮合刚度计算
• 4.1.2 随时间周期变化的啮合刚度计算
• 4.2 系统参数振动公式推导
• 4.2.1 时域响应
• 4.2.2 频域响应
• 4.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 机电集成超环面传动自由振动分析
• 5.1 机电集成超环面传动机械系统动力学建模
• 5.2 机电集成超环面传动电系统自由振动分析
• 5.2.1 电系统动力学模型建立
• 5.2.2 机电耦合力及电磁啮合刚度
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 机械系统
• 5.3.2 电系统
• 5.4 本章小结
• 第6章 超环面行星蜗杆传动模态仿真研究
• 6.1 超环面行星蜗杆传动参数选择
• 6.2 超环面行星蜗杆传动实体建模
• 6.2.1 PRO/ENGINEER Wildfire 软件简介
• 6.2.2 超环面行星蜗杆传动系统零件模型建立
• 6.2.3 超环面行星蜗杆传动系统模型连接
• 6.3 超环面行星蜗杆传动系统模态仿真研究
• 6.3.1 PRO/MECHANICA 三维实体模态仿真
• 6.3.2 系统仿真结果及分析
• 6.3.3 误差分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介