摆动活齿传动机构振动与动态优化设计研究

论文摘要

摆动活齿传动是一种用于传递两同轴运动和动力的活齿传动机构,具有多齿啮合、承载能力强、全滚动啮合传动效率高、传动比大等特点,具有很好的应用前景。随着科学技术的高速发展,机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展,其结构日益趋于复杂,对工作的静、动态性能的要求也越来越高。因此,需要进行机械产品和设备的振动研究与动态设计,以满足其静、动态特性与低振动、低噪声的要求。本文阐述摆动活齿传动的结构组成和传动原理;通过对等效机构的分析推导出其中心轮齿廓方程和曲率计算公式;建立了力学分析模型,并推出啮合副受力计算公式,利用Matlab软件程序分析了结构参数对啮合副受力的影响。根据摆动活齿传动输入轴系的结构特点,采用Riccati传递矩阵法和ANSYS有限元模态分析法分别建立了该传动输入轴系的振动模型,分析了振动特性。根据传递矩阵法建立的输入轴系的振动模型,利用Matlab软件程序计算出固有频率值。利用ANSYS软件对输入轴系进行了三维实体建模和有限元模态分析,得到输入轴系的固有频率和振型。根据摆动活齿传动机构的动力学特点,应用集中参数法建立了机构的扭转振动模型,推出其动力学微分方程,并分析计算了扭转振动模型中的各转动惯量、扭转振动刚度和扭转振动阻尼,应用Runge-Kutta法求解机构扭转振动的动力学微分方程,数值仿真计算出摆动活齿传动机构的激波器、活齿和活齿架振动角加速度动态响应。根据摆动活齿传动机构的扭转振动模型,建立了机构动态优化设计数学模型,并应用Matlab软件进行分析求解,并与常规设计、传统优化设计比较,改善了机构的动态特性,为摆动活齿传动机构的动态特性及噪声的控制研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及研究意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 活齿传动的国内外发展概况
• 1.2.2 摆动活齿传动的研究现状
• 1.2.3 机械振动与动态设计研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 摆动活齿传动基础理论分析
• 2.1 摆动活齿传动的结构及传动原理
• 2.2 摆动活齿传动运动学分析
• 2.2.1 中心轮齿形曲线综合
• 2.2.2 中心轮齿形曲率
• 2.2.3 样机分析
• 2.3 摆动活齿传动力分析
• 2.3.1 受力分析
• 2.3.2 样机分析
• 2.3.3 受力影响因素分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 摆动活齿传动输入轴转子系统的振动分析
• 3.1 转子系统的振动理论与分析方法
• 3.1.1 转子系统振动的理论建模方法
• 3.1.2 转子系统振动的分析方法
• 3.2 摆动活齿传动输入轴系的振动特性分析
• 3.2.1 输入轴系的动力学建模
• 3.2.2 输入轴系固有频率分析的传递矩阵法
• 3.2.3 样机分析
• 3.3 摆动活齿传动输入轴系的有限元模态分析
• 3.3.1 ANSYS 软件模态分析理论
• 3.3.2 输入轴系有限元分析建模
• 3.3.3 输入轴系有限元模型求解过程
• 3.3.4 输入轴系有限元模态分析结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 摆动活齿传动机构的扭转振动研究
• 4.1 摆动活齿传动啮合刚度分析
• 4.1.1 活齿激波器啮合副啮合刚度分析
• 4.1.2 活齿中心轮啮合副啮合刚度分析
• 4.1.3 活齿活齿架转动副刚度分析
• 4.2 摆动活齿传动机构扭转振动分析
• 4.2.1 扭转振动分析模型
• 4.2.2 扭转振动微分方程
• 4.2.3 扭转振动参量分析
• 4.3 动力学方程求解及数值仿真研究
• 4.3.1 数值仿真原理与方法
• 4.3.2 动力学方程求解
• 4.3.3 动态特性仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 摆动活齿传动机构的动态优化设计
• 5.1 动态优化设计理论和方法
• 5.1.1 动态优化设计的数学模型
• 5.1.2 优化设计的数值计算
• 5.1.3 优化设计常用方法
• 5.2 摆动活齿传动机构的动态优化设计建模
• 5.2.1 目标函数
• 5.2.2 设计变量
• 5.2.3 约束条件
• 5.3 动态优化设计的 Matlab 软件分析与应用
• 5.3.1 Matlab 软件的优化功能与应用分析
• 5.3.2 Matlab 软件的优化设计步骤
• 5.4 样机优化设计与结果分析
• 5.5 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