电动车轮毂电机行星齿轮减速器均载性能分析

针对轮毂电机中浮动式行星齿轮减速器建立了浮动行星齿轮传动系统的动力学方程,并推导了均载系数的计算公式。利用ADAMS对太阳轮和内齿圈与各行星轮之间的动态接触力进行仿真,并对比分析了不同浮动结构类型对行星齿轮系统内外啮合副的均载性能的影响。仿真结果表明,双浮动类型行星齿轮系统的行星轮啮合力分布更均匀,运行过程中较少出现波动和突变;其均载系数最小,均载性能明显优于无浮动和单浮动结构的行星齿轮;研究结果为行星齿轮减速器的选型及其均载设计提供支持。     

履带车辆双排行星齿轮传动系统非线性动力学模型与方程

以履带车辆传动系统中的双排行星齿轮机构为研究对象,综合考虑行星齿轮中各齿轮副的时变啮合刚度、齿侧间隙及综合啮合误差等非线性因素,建立双排行星齿轮传动系的非线性动力学模型。根据履带车辆双排行星齿轮机构的工作原理,文中模型在第一行星排行星架固定和第二行星排内齿圈固定两种工况下分别将原系统简化为单排行星齿轮系统和单排行星轮系来处理,推导了两种工况下系统的运动微分方程,并对方程进行了量纲一化以方便后续的数值计算,最后对系统在某组参数下的动载、均载特性进行了仿真研究。     

空间轴交角人字行星齿轮系统动态特性研究

空间轴交角直接影响人字行星齿轮齿面的啮合位置和动态特性,通过将空间轴交角分解到轴平面(两齿轮轴线组成的平面)和垂直平面(通过轴线且与轴平面垂直的平面),推导两个平面中轴交角造成的齿面沿啮合线的等效位移,进而分析出轴交角对齿轮啮合刚度的影响。以输入侧为原点,输出侧齿面相互远离时轴交角为正,考虑人字行星齿轮左右扭转柔性的三段式建模,构建出一种新型空间轴交角人字行星齿轮系统动力学模型,并分析行星齿轮轴交角对齿轮动态特性的影响。结果表明：垂直平面轴交角对啮合刚度和动态啮合力的影响大于轴平面轴交角;空间轴交角增大时,内外啮合刚度均明显减小,且内啮合变化程度大于外啮合齿;动态啮合力会随空间轴交角正向增加而在输入侧增大,输出侧减小,负向增加时则相反。研究结果为人字行星齿轮系统的动态性能设计与控制提供理论基础和技术支撑。     

风电行星齿轮系统变载荷激励动力学模型及其响应特性

针对风电行星齿轮系统变载变速的运行特点,通过分析系统构件为刚体和弹性体时的受力情况,应用运动合成原理,提出了变载荷激励下行星齿轮系统动力学模型的建立方法,并推导出系统的运动微分方程。在此基础上,分析了行星齿轮系统的内外部激励因素及其对系统动载荷和动载系数的影响机理。计算并分析了某MW级风电行星齿轮系统的动态响应,结果表明：系统的时变啮合刚度和时变轴承刚度主要影响响应频率的数值大小和系统的振动能量;外部变载荷使响应频率中存在明显的低频成分,并影响各阶振动间的能量分配;齿轮啮合力的动载系数主要受到外部变载荷的影响,而轴承力的动载系数同时受到系统内部激励和外部激励的影响。研究结果为风电齿轮箱的疲劳寿命分析和动态优化设计奠定了基础。     

汽车差速器锥齿轮差速工况下的润滑特性研究

为了研究差速器锥齿轮摩擦和磨损机制,基于弹性流体动力润滑理论,建立直齿锥齿轮无限长时变弹性流体动力润滑模型,研究行星齿轮分别与左右半轴齿轮啮合时的润滑状况,计算差速工况行星齿轮时变效应下的油膜压力和油膜厚度;研究差速工况下左右半轴齿轮的润滑状况,分别比较左右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的润滑特性;研究曲线行驶路段复杂变工况下行星齿轮的润滑状况。结果表明:差速工况下行星齿轮啮合周期内的膜厚变小,且行星齿轮与半轴齿轮的相对滑动加剧;行星齿轮同左右半轴齿轮啮合时的润滑特性不同,左转弯工况时,左半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最大压力较大,右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最小油膜厚度较大;曲线行驶变工况下行星齿轮润滑特性也不同,左转弯工况向右转弯工况过渡时的压力减小,膜厚增大。     

装配误差对风电齿轮箱动载系数的影响规律研究

建立了某1.5WM级风电齿轮箱多体动力学模型,运用多刚体动力学理论研究了基于Hertz接触理论的轮齿啮合力的时域特性.定性地分析了风电齿轮箱二级行星传动机构在各装配误差单独作用下的动载系数.分析结果表明:行星齿轮传动时接触力在时域具有明显的动载特性.在相同误差大小情况下,行星轮安装偏差对整个轮系的动载系数的影响最大.     

变载工况下CST齿轮传动系统的动态特性

为分析可控启动装置(CST)齿轮传动系统在变载工况下的动态响应特性,以重型刮板输送机变载工况为例,建立了齿轮传动系统虚拟样机模型,开展其动力学仿真分析,得到齿轮动态啮合力、行星轮振动响应和轴承动态载荷。结果表明,齿轮啮合力的动态变化与实际齿轮传动的轮齿啮合力变化情况一致;行星轮的动态响应表现了齿轮系统的扭转振动情况;轴承支反力受齿轮啮合力的影响,二者动态变化相同。通过对CST齿轮箱进行变载工况试验,所得齿轮啮合频率与仿真结果相近,验证了模型的正确性,仿真结果可为CST齿轮传动系统的动态性能优化设计提供理论依据。     

轴承预紧对高速重载行星齿轮传动动态特性影响研究

为分析轴承预紧对高速重载行星齿轮传动系统动态特性的影响,建立高速重载行星齿轮传动动力学模型,考虑轴承预紧因素,分析行星销轴承预紧量对系统支撑刚度、固有频率、内外啮合副动态啮合力的影响。结果表明,行星销轴承预紧可以有效增加行星销支撑刚度;系统的固有频率随预紧先减小后增大,随游隙增大而增大;行星齿轮内外啮合副动态啮合力峰值随预紧增大而减小,随游隙增大而增大。研究结果可为优化高速重载行星齿轮传动的轴承预紧量提供支撑。     

电动轮轮边行星减速器动力学特性建模分析

电动轮轮边减速器作为复杂的行星齿轮传动系统,是受力情况复杂的动力传递系统,结构的动力学特性对机构的性能有重要影响。根据新型三级行星齿轮传动轮边减速器的结构特点和动力学特性,搭建多级传动齿轮副的运动微分方程,依此搭建系统的Simulink分析模型,模型利用齿轮时变刚度将传统扭振系统集中质量模型与齿轮动力学模型结合,同时引入轮边驱动电机矢量控制模型和负载变化模型,共同构成轮边驱动系统模型,可以分析齿轮传动在连续工况下啮合力,啮合变形等动态特性。分析齿轮传动在稳态及连续工况下啮合力、啮合变形、齿轮圆周加速度等特性的变化规律;并分析在典型工况下的工作过程。结果表明:随着齿轮传递扭矩增大、转速降低,三级传动机构的齿轮啮合更加稳定;齿轮时变刚度变化主要对齿轮啮合变形的变化产生影响,而对齿轮传递扭矩变化的影响变小,分析结果为此类机构设计提供参考。     

三轴式内齿行星齿轮减速器动载系数的研究

考虑了齿轮啮合刚度、啮合阻尼以及各支承轴承、行星轴承的刚度,推导出了系统的变形协调关系,通过集总参数法建立了三轴式内齿行星齿轮减速器的弹性动力学模型,求解出了不同内齿板结构下,系统的动载系数。结果表明:具有三相内齿板减速器的动载系数最小,具有一相内齿板的减速器动载系数最大;具有三相内齿板的减速器可以在较高的转速场合下使用。     

发动机激励下行星传动非线性啮合力特性

建立了发动机波动转矩激励下的行星传动纯扭非线性振动模型,模型中考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差以及各行星轮位置相角时变性。根据信号调制原理,分析了行星排啮合力边频带的产生原因。把发动机转速、转矩分成4种典型工况,在时域和频域内对行星排啮合力进行深入分析。研究表明,啮合力以单边冲击为主,啮频倍频与部件转频倍频调制普遍存在,受发动机工作状态影响相对较小,啮频倍频与波动转矩频率倍频调制则受工作状态影响很大,高速重载时作用最显著。该结论为行星齿轮传动设计提供了依据。     

时变位姿下行星齿轮传动系统动应力计算模型及其参数影响研究

考虑行星轮系内部非惯性和机体时变位姿外部非惯性的综合影响,推导了任意时变位姿下带有机匣的行星轮系构件运动方程,计入时变啮合刚度、啮合误差、侧隙和啮入冲击,建立了时变位姿下行星齿轮传动系统级动力学模型,并采用精细积分时程法（Precision integration method,PIM）求解得到了动态啮合力序列。根据齿间载荷分配关系进一步得到单齿啮合力序列。最后结合修正Heywood公式与Hertz公式构建了时变位姿下行星齿轮传动系统齿根弯曲动应力和接触动应力计算模型,并研究了机体平飞、滚转和筋斗位姿参数对接触动应力、弯曲动应力的影响规律。结果表明：不同时变位姿参数对弯曲、接触动应力影响显著,且对不同齿轮副影响不同,即加剧了齿轮副间承载不均;筋斗运动角速度对动应力影响比平飞加速度、滚转角速度以及筋斗回转半径对其影响复杂;机匣对动应力影响随加速度增大而增加。研究成果为时变位姿下行星齿轮传动动应力计算与高可靠性设计提供了理论依据。     

单级行星齿轮非线性动力学模型与试验验证

针对单排行星直齿轮传动系统,提出了齿轮非线性啮合动态模型,模型中考虑了由中心距安装误差和传动轴弯曲变形等引起的中心距变化对啮合角、间隙和非线性啮合刚度的影响。考虑中心距变化和陀螺力矩并结合齿轮非线性啮合动态模型,建立了行星齿轮传动系统横-扭耦合非线性动力学模型。针对一个单排行星齿轮传统系统试验装置进行仿真计算和试验测试,试验对比分析了齿圈横向振动位移和内啮合均载系数。研究结果表明,仿真结果与试验结果的变化趋势基本吻合,且误差在可接受范围内,验证了笔者提出的渐开线直齿轮传动横-扭耦合非线性动力学模型和非线性动态啮合模型的正确性。     

Dynamic characteristics of a planetary gear system based on contact status of the tooth surface

Studies on the planetary gear have attracted considerable attention because of its advantages, such as compactness, large torque-to-weight ratio, vibrations, and high efficiency, which have resulted in its wide applications in industry, wind turbine, national defense, and aerospace fields. We have established a novel dynamic model of the planetary gear transmission by using Newton’s theory, in which some key factors such as time-variant meshing stiffness, phase relationships, and tooth contact characteristics are considered. The influences of gear axial tipping, operating conditions, and the meshing phase on the contact characteristics and the dynamic characteristics were researched systematically. It was found that the contact area of the tooth surface was moved due to the axial gear tipping, which obviously affected the meshing stiffness. With the increase in the inclination angle of the sun gear, the meshing stiffness decreases, which produces an evident influence on the high natural frequency in the planetary transmission system. In terms of the dynamic characteristics of the system, the component of rotating frequency appeared in the dynamic meshing force of the sun gear and the planetary gear. Moreover, the floating track of the center wheel varied significantly and exhibited an oval distribution as the inclination angle of the sun gear changed. When the inclination angle of the sun gear increased, the rotating frequency component increased significantly, but the other meshing frequency components remained unchanged; meanwhile, the deformation of the floating track also increased. If the inclination angle of the sun gear changes, the vibration state of the system and the collision impact could become more serious, and the lifetime of the planetary transmission system will reduce. Furthermore, when the load was increased, we found that the gear-tooth contact zone transformed from line contact to surface contact, the meshing stiffness increased, the effect of high natural frequency on the planetary transmission system became more evident, but its low-order natural frequency remained stable. With regard to the dynamic characteristics of the system, the components of the major frequency at the external gearing remained unchanged, but the rotation frequency of the sun gear and the meshing frequency amplitude increased linearly with the increase in load. In conclusion, the variation in the meshing stiffness of the planetary gear system had minor impact on the low-order natural frequency, but had a significant impact on the high natural frequency of the planetary transmission system due to the phase variation of the gear.     

复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真研究

根据Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统的典型结构,分析了系统的传动比与啮合频率。为获得Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统轮齿接触力的变化规律,运用三维CAD软件SolidWorks建立了系统的三维实体模型,以ADAMS软件为平台建立了系统的虚拟样机模型。给出基于Hertz接触理论的齿轮啮合传动时轮齿接触力的计算方法,验证了系统传动比,对小太阳轮与短行星轮啮合的综合接触力、x方向接触力和y方向接触力的变化规律及其频谱特性进行仿真研究。仿真结果表明,接触力的幅值波动显著,具有明显的周期性。x方向接触力和y方向接触力具有相同的频谱特征,相位相差约90°。频谱中出现小太阳轮的旋转频率和系统啮合频率的1至7倍频率成分,存在明显的调制特性。通过对Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真的研究,为改善系统动力学特性以及实现系统的动态设计提供了指导依据。     

带有圆锥齿轮的复合行星传动功率流与传动效率分析

对带有圆锥齿轮的复合行星传动进行运动分析,在此基础上采用虚功率理论分析该复合行星传动在不考虑啮合功率损失和考虑啮合功率损失时的功率流,在定义速比与转矩比的情况下,获得复合行星传动效率表达式,进一步研究速比、转矩比和啮合功率损失系数及几何参数比对复合行星传动效率的影响规律,并开展相关试验验证。理论分析表明：在复合行星传动啮合功率损失系数和几何参数比被确定的情况下,复合行星传动效率随着转矩比的增大而增大,但随着速比的增大呈先减小后增大趋势;在复合行星传动速比和转矩比及几何参数比被确定的情况下,各齿轮副的啮合功率损失系数对复合行星传动效率的影响存在差异;在复合行星传动速比和转矩比及各齿轮副的啮合功率损失系数被确定的情况下,复合行星传动效率随着几何参数比的增大而增大。传动效率试验表明：选用高精度等级的锥齿轮、增大复合行星传动机构的转矩比及其行星轮的节圆半径可提高复合行星传动机构的传动效率。     

基于行驶仿真试验的履带式车辆行星架结构优化

行星架是履带式车辆侧减速器的重要传动机构,由于测试手段及试验方法的限制,行星架在设计时采用静强度设计理论,故无法准确反映其在不同的复杂任务工况下的动态特性,给动载荷作用下构件的寿命预测分析带来了极大困难,结果导致构件的实际寿命与设计寿命有较大差距。针对该情况,基于ADAMS.ATV建立了履带式车辆侧减速器虚拟行驶试验平台,仿真获得了行星架在不同工况条件下承受的动态载荷谱。基于MSC.Fatigue软件建立了侧减速器的疲劳分析模型,获得了行星架的疲劳寿命,进而通过改变行星架的结构,仿真预测其疲劳寿命随行星架不同结构参数的变化规律,为行星架的结构优化做了一定的探索研究。