锥—行星立磨减速机非线性振动特性研究

论文摘要

立磨减速机是大型立式磨机的核心部件,其齿轮传动系统通常由锥齿轮传动、平行轴齿轮传动、行星齿轮传动等多种传动形式组成。由于立磨减速机传动形式的复杂性,在运转过程中各级齿轮副所产生的内部激励以及外部激励相互耦合作用,使整个装置的振动特性非常复杂。因此,开展立磨减速机齿轮传动系统的动力学研究,对解决其减振降噪问题具有重要理论意义和工程应用价值。论文课题来源于国家科技支撑计划项目。综合应用齿轮啮合原理、非线性振动理论以及动力接触有限元仿真方法,对锥-行星立磨减速机非线性振动特性进行研究。本文的主要研究工作如下:①采用集中参数法建立了考虑多对齿轮副时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿综合误差、齿侧间隙和外部激励的立磨减速机齿轮传动系统17自由度非线性动力学模型,并推导了模型的量纲一化方程。②利用4-5阶变步长Runge-Kutta数值积分方法对量纲一化微分方程组进行数值仿真。基于非线性振动理论,分析其时间历程曲线、频谱图、相轨迹、庞加莱截面、分岔图,研究了系统参数对非线性动力学特性的影响规律。③采用ANSYS/LS-DYNA软件,对弧齿锥齿轮进行动力接触有限元分析,得出不同啮合位置轮齿的啮合刚度、啮合冲击及动态应力,并将刚度激励、误差激励和冲击激励合成为齿轮副内部动态激励。④借助ANSYS的瞬态响应有限元分析模块,采用直接积分法计算立磨减速机的动态响应,并将APDL语言编程提取的节点动态响应进行数值特征分析。分析表明,有限元法与集中参数法计算结果吻合良好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 齿轮系统非线性动力学研究
• 1.2.2 行星齿轮非线性动力学研究现状
• 1.2.3 弧齿锥齿轮非线性动力学研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 立磨减速机齿轮传动系统动力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 立磨减速机齿轮传动系统的结构形式
• 2.2.1 弧齿锥齿轮传动系统动力学模型
• 2.2.2 平行级圆柱齿轮传动系统动力学模型
• 2.2.3 行星齿轮传动系统动力学模型
• 2.3 立磨减速机齿轮传动系统动力学模型
• 2.4 本章小结
• 3 立磨减速机齿轮传动系统非线性振动特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统非线性动力学方程求解
• 3.2.1 齿轮时变啮合刚度
• 3.2.2 轮齿综合误差
• 3.2.3 齿侧间隙
• 3.3 啮合频率对系统非线性动力学特性的影响
• 3.4 负载转矩对系统非线性动力学特性的影响
• 3.4.1 倍周期分岔
• 3.4.2 冲击状态及跳跃现象
• 3.4.3 转速对位移-负载分岔图的影响
• 3.5 齿侧间隙对系统非线性动力学特性的影响
• 3.5.1 倍周期分岔
• 3.5.2 负载对位移-间隙分岔图的影响
• 3.5.3 阵发性分岔及跳跃现象
• 3.6 刚度波动值对系统非线性动力学特性的影响
• 3.7 本章小结
• 4 齿轮系统动态激励数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS/LS-DYNA 动力接触理论
• 4.2.1 LS-DYNA 动力分析功能
• 4.2.2 动力学基本方程
• 4.2.3 显式时间积分与求解控制
• 4.3 弧齿锥齿轮内部动态激励数值模拟
• 4.3.1 弧齿锥齿轮实体模型及动力接触有限元模型
• 4.3.2 弧齿锥齿轮动态接触特性
• 4.3.3 弧齿锥齿轮内部动态激励数值模拟
• 4.4 圆柱齿轮系统内部动态激励数值模拟
• 4.5 本章小结
• 5 立磨减速机齿轮传动系统动态响应分析
• 5.1 引言
• 5.2 ANSYS 的动态响应分析方法
• 5.3 立磨减速机动态响应分析
• 5.3.1 动力有限元分析模型
• 5.3.2 动态响应分析结果
• 5.4 系统响应非线性数值特性分析
• 5.4.1 时间序列分析理论
• 5.4.2 数值仿真
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目