双排行星齿轮式动力耦合机构动力学特性分析

动力耦合机构是混合动力汽车主要振动噪声源之一。以某混合动力汽车用双排行星齿轮动力耦合机构为研究对象,建立了行星轮、行星架、齿圈和轴系等部件的三维模型,并用UG装配模块对整个系统进行了装配。通过ANSYS Workbench进行模态分析,得到动力耦合机构前二十阶模态。对动力耦合机构固有频率分析,其振动主要以两行星排中行星轮的扭转振动为主,且固有频率较大,能有效避免与发动机及电机之间产生共振。     

基于刚柔耦合模型的行星传动固有特性分析

采用动态子结构法建立计入内齿圈柔性的行星传动刚柔耦合动力学模型,将内齿圈视为弹性连续体,导出内外约束条件下的运动微分方程,并将其与刚体构件的集中参数方程相结合,构建出系统的运动微分方程。基于所建模型,进行柔性齿圈直齿行星齿轮系的自由振动分析和相关试验验证。理论分析揭示出此类系统的振型可归结为4类:中心构件扭转振动模式、中心构件平移振动模式、行星轮振动模式和内齿圈振动模式,并给出每类振动模式的特征和降阶计算公式。数值仿真表明,内齿圈柔性使系统低阶固有频率降低,且新呈现的内齿圈振动模式对应的固有频率位于整个系统固有频率的中低频段,故在后续行星轮系的动态设计中应计及齿圈柔性的影响。振动试验则表明,内齿圈柔性对系统振动特性存在一定影响,除啮频激励和箱体结构共振外,行星传动中还存在低阶谐振现象;对于中低速工况下且太阳轮浮动的行星传动而言,减小齿圈柔性有利于降低系统振动。     

两级行星齿轮断齿故障的动态特性分析

以风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统为研究对象,运用ADAMS软件建立系统的动力学模型,比较了第一级行星齿轮系统在健康状态下和太阳轮、行星轮、内齿圈分别发生故障时系统的动态响应以及断齿故障下的太阳轮啮合力的频域特性。结果表明,随着断齿程度的增加,啮合力的幅值明显增加,且太阳轮啮合力频域响应的倍频幅值会增大并伴随着低频区边频带越来越密集,第一级太阳轮断齿故障对第二级齿轮传动影响不明显。     

两级行星轮系非线性动力学特性研究

建立了两级行星齿轮传动系统"平移-扭转"耦合强非线性动力学模型,引入时变啮合刚度、齿侧间隙与啮合误差等非线性因素,无量纲处理后,建立动力学方程组。采用数值积分的方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,并计算了系统不同齿侧间隙情况下随激励频率变化的分岔图。综合利用相轨线、Poincaré截面和Lyapunov指数谱,通过G-P算法得到系统关联维数。从定性和定量角度对两级行星系统进行非线性动力学特性研究,得到两级行星系统的混沌频率、进入混沌的途径和齿侧间隙对两级行星轮系非线性特性的影响,为两级行星齿轮系统的故障机理研究提供一定理论依据。     

行星齿轮油膜均载机构动力学分析

为了使载荷在各行星轮之间的均衡分布,行星齿轮传动采用了各式各样的均载机构。文献[1]对各种均载机构进行了分析,指出IMT油膜均载机构是目前较理想的一种均载方法。本文对该机构动力学性能进行理论分析,进而应用轴承理论中联动的概念,对IMT机构提出了改进意见。     

两级行星齿轮传动系统动态均载特性分析

为了研究两级行星轮系的动态均载特性,建立了两级行星轮系的平移扭转耦合动力学模型,综合考虑了时变啮合刚度、齿轮安装误差、偏心误差、齿侧间隙及级间耦合等非线性因素,推导了系统的无量纲化动力学方程。采用数值方法对方程组进行求解,对中心构件浮动形式、行星轮误差、级间耦合刚度等因素对系统动态均载特性的影响进行了分析,为两级行星轮系的动力学分析和动态均载特性的研究提供了参考,对两级行星齿轮传动系统的设计有一定的指导意义。     

车辆行星齿轮啮合刚度的建模及分析研究

齿轮副啮合刚度的周期性变化是行星齿轮传动系统产生振动的主要内部激励,深入研究齿轮的啮合刚度对解明齿轮系统的振动特征具有重要意义。采用能量法、有限元法和矩形波法分别建立了行星齿轮啮合刚度激励模型,并采用这3种模型分别求解了太阳轮、行星轮以及行星轮齿圈综合啮合刚度,对比了这3种模型求解啮合刚度的优劣。结果表明,3种刚度激励下的复合行星排各个构件的振动加速度幅值相差很小,且有限元法计算得到的振动加速度幅值稍大于解析法计算得到的振动加速度幅值,矩形波法计算得到的加速度幅值最小。     

行星齿轮传动机构动力学分析

针对混合动力汽车行星齿轮减速机构,采用集中质量法构建其多自由度系统的动力学模型.在时变啮合刚度和齿频误差激励下,将多自由度振动系统的动力学方程转化为系统的状态方程和传递函数方程.采用变步长四阶Runge-Kutta法及机械阻抗法,借助MATLAB仿真工具箱,对振动系统进行了时域和频域数值仿真,获得了系统的动态响应和齿间动载特性.仿真结果表明,太阳轮浮动改善了齿间动载,使其在各行星轮上的分布趋于均匀;刚度波动幅值越大,系统振动越严重.     

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。     

滑动轴承支承人字齿轮行星传动固有特性分析

考虑滑动轴承支承刚度不对称和耦合特性,建立计入内齿轮轴向振动的人字齿轮行星传动动力学模型。利用4个刚度系数描述行星轮滑动轴承支承油膜刚度。分析系统的自由振动特性,发现系统存在5种振动模式:中心轮扭转—轴向振动模式、内齿轮扭转—轴向振动模式、中心轮横向振动模式、内齿轮横向振动模式和行星轮振动模式。根据每种振动模式的振型特征,推导出5种模式固有特性的低阶计算公式。系统固有频率的分布范围比直齿、斜齿行星传动系统小。结果表明,油膜刚度不对称不会对振型特征产生影响,但是刚度耦合不对称时中心轮横向振动模式会发现显著变化:对应的二重固有频率变成两个不同的单重频率,振型呈现新特征。     

行星传动固有特性分析

建立了2K-H均布行星传动纯扭转模型,研究了传动的固有特性,经归纳得到了两种典型的振动模式:扭转振动模式、行星轮振动模式。通过求解子特征值问题,深入分析了两种振动模式的特征。探讨了模态跃迁及固有频率轨迹相交引起的振动模式突变现象,并初步分析了该现象对传动特性的影响。     

3K型行星轮系的单元分析法

将3K型行星轮系分解为3个简单的K-H型轮系单元,然后对这些单元进行运动分析和受力分析,列出方程组并求解。这种方法不仅可以求出每个构件的角速度和所受的力矩,整个轮系的功率流向也随之确定,而且还得到一个通用的效率公式。根据功率流向,发现轮系中存在的循环功率流就是这类轮系效率较低、甚至发生自锁的原因。同时,举例证明通过减小循环功率与输出功率的比值可以适当提高这种轮系的啮合效率,从而为这类轮系的改进和设计提出了一种新方法。     

两级行星轮系分岔与混沌特性研究

建立了某设备两级行星齿轮传动系统非线性纯扭转动力学模型,模型在综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差等强非线性因素的基础上,推导出系统在广义坐标下的量纲一动力学方程,并采用数值积分方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,综合运用分岔图、相空间轨线和Poincáre截面研究了激励频率、啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：多级行星轮系在高速轻载工况下,由于齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合作用使其具有丰富的非线性动力学特性;系统随激励频率的变化出现简谐运动、非简谐周期运动、拟周期运动和混沌运动等多种运动状态;系统通过Hopf分岔等多种途径由周期运动进入混沌运动;增大系统啮合阻尼比可使系统复杂运动状态区间缩小,稳定周期运动状态区间扩大。     

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。     

复杂行星齿轮系运动学分析及效率计算

针对现有的行星齿轮系运动学分析和效率估算方法存在计算复杂的问题，提出了一种图形解析法。该方法在齿轮传动结构的基础上对复杂行星齿轮系进行基本单元划分，推导出基本运动单元的普遍角速度和转矩方程以及效率表达式，基于角速度和转矩方程系数的特点，建立角速度和转矩方程的系数矩阵与解析图形数据的对应关系。应用该方法可方便、快速地求解复杂行星齿轮系的运动学参量及效率。     

一种汽车自动变速机构的运动构造设计方法

行星齿轮系具有结构紧密、传动效率高、高减速比与差速传动等特性,被广泛应用于汽车自动变速机构的设计。本文的主要目的是应用图论的方法,以实现汽车自动变速机构的运动构造设计。首先,以图画表示自动变速机构的行星齿轮系,由此简化运动特性分析,归纳基本运动设计规范,并提出汽车自动变速机构的运动构造设计系统化程序;接着,以日产汽车自动变速运动需求为例,应用所提出的系统化程序实际进行汽车自动变速机构的运动构造设计;最后,归纳得出满足运动设计条件的行星齿轮系的运动构造。本文的结果提供了汽车自动变速机构的运动构造设计的简易且系统化的设计程序。     

钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动特性,建立钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和试验模型,对SNS、SSS、SSN和NSS四种钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性进行理论分析与试验研究,分析组合方式对行星传动振动特性的影响。数值仿真与试验研究结果表明:塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮与行星轮和内齿圈与行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制传动系统的振动和噪声。     

含有直廓内齿轮行星轮系的传动误差计算与噪声试验

针对硬齿面内齿轮渗碳淬火后难于实现磨削的现状,提出以易于成形磨削的直线齿廓代替渐开线齿廓的方法。建立行星轮系齿轮的几何模型,利用齿面接触分析技术、承载接触分析技术和行星轮相位差的概念计算行星轮系传动误差。在不同转速和载荷下对渐开线内齿轮行星减速器和直廓内齿轮行星减速器进行噪声对比试验。传动误差计算和噪声试验均表明,在一定载荷条件下,直廓内齿轮行星轮系代替渐开线内齿轮行星轮系在工业上是完全可行的。