基础运动下行星轮系动应力非惯性系效应研究

考虑行星轮系内部非惯性系和机体时变位姿外部非惯性系的综合影响,建立了非惯性系下行星齿轮传动系统动力学模型;结合修正Heywood公式与Hertz公式构建了基础运动非惯性系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,定义了描述基础运动下附加效应对动应力影响的应力非惯性系系数;研究了变速平飞、滚转运动和筋斗运动等3种典型机动条件下应力非惯性系系数变化规律。结果表明,应力非惯性系系数与基础运动形式及运动参数紧密相关,总体上应力非惯性系系数随机体机动性增加呈非线性增大趋势,高机动条件下基础运动影响不可忽略。     

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。     

变风载下2.5MW风力发电机行星齿轮传动系统动力学特性分析

根据2.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统在随机风场中复杂变工况的工作特点,利用双参数威布尔分布模型描述随机风速的分布,获得由随机风速引起的时变风载。采用集中参数法建立风力发电机行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型。综合考虑风力发电机行星齿轮传动系统的轴承支撑刚度、齿轮副时变啮合刚度等内部激励对传系统的影响,对变风载下2.5 MW行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真计算分析,求得在外部风载作用下各构件的位移响应与速度响应,为风力发电机行星齿轮传动系统的故障诊断和优化设计奠定了良好的理论基础。     

混合动力两级行星机构动力耦合系统动力学建模及分析

以基于双转子电机的混合动力传动系统的两级行星齿轮机构动力耦合系统为研究对象,考虑前后两级行星齿轮机构的齿轮副啮合刚度、中心构件的扭转支撑刚度、连接部分的扭转耦合刚度、各构件惯性等基本因素,详细推导并建立两级行星齿轮耦合系统的纯扭转动力学模型。利用两级行星齿轮机构的有关参数进行特征值问题求解,得到系统整体模型的固有特性,按照振型特点把系统的振动形式划分为三种模式:整体扭转振动模式、前排行星轮振动模式和后排行星轮振动模式。在整体模式下固有频率为单根,系统各构件均以一定幅度做扭转振动;前、后排行星轮模式下固有频率均为二重根,且除了其自身外,其他构件均无振动。归纳分析得到的各振动模式特征与前人有关结论相吻合。同时指出连接部分的耦合刚度对系统振动特性的影响,并作了初步分析。     

基于动力学的行星齿轮传动系统的轴承磨损寿命预测

轴承磨损寿命与系统动力学特性密切相关,为了准确预测行星齿轮传动系统的轴承磨损寿命,提出了基于动力学模型的行星齿轮传动系统的轴承磨损寿命预测。首先运用集中参数理论,建立了一个考虑轴承磨损的行星齿轮传动系统平移-扭转动力学模型;然后运用摩擦学理论,建立滚动轴承单周接触的磨损量计算模型,结合行星齿轮传动系统动力学模型,建立轴承磨损寿命预测模型;最后分析了轴承磨损对轴承动态载荷和轴承磨损寿命的影响规律,并提出了提高轴承磨损寿命的方法。分析表明,轴承磨损对行星轮轴承动态载荷影响最大,并且行星轮轴承的磨损寿命与其刚度成正比,因此可通过轴承径向间隙补偿或轴向预紧等方法来提高行星轮轴承磨损寿命。     

行星轮多级齿轮传动系统耦合特性分析

为研究行星轮多级齿轮传动系统的耦合振动机理,建立了两级定轴齿轮和一级行星轮的行星轮多级齿轮传动系统无量纲动力学方程。对比两级齿轮、行星齿轮传动系统及行星轮多级齿轮传动系统的分岔特性,研究多级齿轮系统的非线性耦合特性。通过研究发现,耦合作用使得一级定轴齿轮突跳点减少,增加了系统的稳定性,但同时又使行星轮的混沌运动传递到定轴,导致二级定轴齿轮出现大范围的混沌运动,从而又降低了系统稳定性。     

考虑误差下的变位齿轮行星轮系载荷特性研究

针对制造误差和安装误差使得变位齿轮行星轮系行星轮在径向和周向的安装位置与无偏移值存在偏差,进而使行星轮间所受载荷不均匀的问题,开展了变位齿轮行星轮系载荷特性研究。基于转子动力学理论,考虑时变刚度和行星轮的径向与周向偏移,建立了变位齿轮行星传动系统5自由度动力学模型;采用龙格库塔法求解了系统的响应和频域图,研究了变位齿轮行星轮系的载荷特性,分析了在不同径向偏移量、周向偏移量、复合偏移量情况下的行星轮间载荷分布特性,探讨了行星轮的径向与周向偏移对行星轮系载荷分配的影响,得到了变位齿轮行星轮系载荷振动幅值在时间和频率下的变化规律。仿真结果表明,考虑误差的行星轮系载荷特性与无偏移情况下的载荷特性有较大的差异,其幅值受径向偏移的影响较大,其中,径向偏移量大对行星轮所受载荷的影响最大;在安装过程中,行星轮的微小偏移都可能导致载荷特性的巨大变化。搭建了行星传动系统振动测试试验平台,测试了行星减速机壳体的倍频振动响应信号,得到了行星传动系统载荷与振动响应之间的关系。试验结果的振幅变化趋势与仿真分析结果中的振幅变化趋势相似,证明所建立的动力学模型及理论计算比较准确。     

3K-Ⅱ型直齿行星齿轮传动的固有特性

为揭示3K-Ⅱ型直齿行星齿轮传动的固有特性,建立该类传动系统在系杆随动参考坐标系下的平移-扭转耦合动力学模型.模型设定系统中每个构件均拥有3自由度,并计入各构件的支承刚度、轮齿时变啮合刚度和陀螺效应等影响因素.通过分析各构件间的相对位移关系,推导出系统的运动微分方程,进而求解其特征值问题即可获知系统的固有频率和相应振型.固有特性分析表明,3K-Ⅱ型行星齿轮传动具有与2K-H行星齿轮传动类似的三种典型振动模式,即扭转振动模式、平移振动模式和行星轮振动模式.列出三种典型振动模式下传动系统的运动特征.     

GTF发动机齿轮传动系统动力学仿真分析

GTF发动机齿轮传动系统结构复杂,在高速运转时由于轮齿啮合对个数的变化产生了激振力,导致系统因内部动态激励发生振动;此外,系统还受到驱动轴、风扇轴及风扇负载等产生的外部动态激励,引起传动系统的振动加剧。应用SolidWorks软件对行星齿轮传动系统进行三维实体建模、虚拟装配。应用软件ADAMS对GTF齿轮传动系统进行动力学仿真分析,得到不同工况下系统转子部件的振动位移、振动加速度、振动加速度、齿轮啮合力等参数曲线。根据仿真结果对齿轮传动系统的动力特性进行了评估,分析了不同条件下传动系统的振动特点及振动原因,对GTF发动机行星齿轮传动系统的设计与应用提供了参考与理论依据。     

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。     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

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。     

A761E自动变速器动力传递的分析及计算

A761E是丰田轿车上的6速电控自动变速器,由1个单排双级行星齿轮机构和2个单排单级行星齿轮机构组成,其内部共有12个换挡执行元件,这3排行星齿轮机构可产生6个前进挡和1个倒挡,根据不同挡位各执行元件的状态,可逐个分析各挡动力传动路线,通过对行星齿轮机构建立运动方程和分析约束条件,可逐个进行各挡传动比的计算.动力传动的分析及计算是自动变速器维修的理论基础和故障判断依据.     

计入齿圈柔性的直齿行星传动动力学建模

为揭示齿圈柔性对传动系统动态性能的影响,在系杆随动坐标系下建立计入齿圈柔性的直齿行星传动精细化动力学模型,建模中计入时变啮合刚度、支承刚度、陀螺效应和齿圈柔性等诸多影响因素。采用有限段单元的离散化建模方法,将连续体的柔性齿圈离散成由等效虚拟弹簧连接的刚性齿圈段,并推导齿圈段与行星轮的啮合判据。通过分析各构件间的相对位移关系及其受力,最终建立系统的运动微分方程。以三行星轮的NGW型直齿行星传动为例对其进行固有特性分析,得出系统的低阶固有频率分布及相应的振动模式,并进一步分析齿圈柔性和安装方式对系统固有特性的影响。研究结果表明,直齿行星传动的振型可归结为中心构件(太阳轮、系杆)扭转振动和中心构件平移振动两种模式,两种模式下齿圈和行星轮均做复杂平面振动;齿圈的柔性会降低系统的低阶固有频率,且其影响程度与齿圈安装方式有关,齿圈完全固定时其影响最小,径向浮动或周向转动时影响较明显。     

非圆面齿轮差速器的构型原理与动态防滑机制

针对变传动比差速器核心元件制造难度大、动态限滑机制不明确的问题，提出一种基于非圆面齿轮的新型变传动比差速器，并针对该差速器的构型原理与动态防滑机制展开研究。在阐明圆柱齿轮与非圆面齿轮的传动原理的基础上，给出非圆面齿轮差速器的构型原理；针对单侧驱动车轮打滑，整车陷入困境的工况，根据机构旋转法得到非圆面齿轮差速器的运动学表达式，利用高等动力学理论，构建非圆面齿轮差速器各构件的力学平衡方程，推导出整车牵引力公式，进而建立非圆面齿轮差速器驱动下整车水平移动的动力学模型；通过试验和仿真相结合的方法，对差速器在两驱动轮上的扭矩分配，动态牵引力变化以及整车的脱困行为进行研究，结果表明：非圆面齿轮差速器使单侧打滑车轮产生周期惯性扭矩，有利于提升车辆的最大牵引力，它是变传动比差速器动态防滑的根本原因；增加差速器输入转速，能够有效提升车辆脱困的平均速度，同时对车辆产生的柔性冲击幅值也会增大，研究结果为变传动比差速器的设计提供一定的理论依据。     

少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状

评述了少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状、存在的问题和将来的研究方向。作为一种新型的齿轮传动机构,内齿行星齿轮减速器具有其自身的许多优点,但对其动力学性能的研究还不成熟。因此,需要在以下几个方面开展研究工作:符合实际的动力学特性研究、不平衡质量引起的动载问题、加工误差对其性能的影响等。     

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.     

行星齿轮传动系统刚柔耦合建模及故障特性仿真研究

针对某型坦克行星变速箱的K3行星排,为了研究故障齿轮对行星传动系统的动态特性影响,运用SolidWorks、Adams及ANSYS软件,建立其刚柔耦合动力学模型并进行联合仿真分析,验证了刚柔耦合模型相对于纯刚体模型在时域、频域上的振动响应;通过分析危险节点应力变化曲线,得到应力极大值时刻等效应力分布云图;阐明了轮齿剥落...