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行星齿轮作为传递运动和力的元件,广泛应用于各种机械设备中,由于行星齿轮箱通常工作在低速重载的恶劣环境下,关键部件的故障时有发生,因此行星齿轮的故障诊断是非常重要的。齿轮时变啮合刚度是行星齿轮内部主要固有动态激励之一,是研究行星齿轮故障机理的重要参数,因此计算更加接近实际的行星齿轮时变啮合刚度对于探究行星齿轮故障机理具有非常重要的意义。 本课题主要研究行星齿轮时变啮合刚度的计算方法,主要内容如下: (1)研究能量法计算齿轮时变啮合刚度的原理,将行星齿轮的外齿轮(太阳轮和行星轮)和内齿轮(内齿圈)分别简化为关于齿轮基圆的悬臂梁模型,分别推导外齿轮和内齿轮的赫兹刚度、弯曲刚度、剪切刚度和轴向压缩刚度。在考虑轮体刚度的基础上,分别计算行星齿轮中太阳轮-行星轮齿轮副和行星轮-内齿圈齿轮副的时变啮合刚度。 (2)齿轮裂纹故障是行星齿轮中最常见的故障类型之一,裂纹的出现将会引起齿轮时变啮合刚度发生变化。基于能量法,分别推导外齿轮和内齿轮产生裂纹时的刚度方程,计算行星齿轮中齿轮发生裂纹时各对齿轮的时变啮合刚度,并分别探究不同的裂纹角度和裂纹深度对啮合刚度的影响。 (3)基于传统能量法在进行轮齿简化时未考虑基圆与齿根圆之间的关系,提出了一种改进能量法。依据基圆与齿根圆的关系,以齿数42为分界点,分别建立两种不同的悬臂梁模型,推导不同情况下的刚度方程,在考虑轮体刚度的基础上,对行星齿轮各对齿轮啮合的时变啮合刚度进行分情况讨论,进而研究齿轮裂纹对行星齿轮时变啮合刚度的影响。 (4)根据齿轮的实际加工过程,推导了齿轮齿廓方程,提出了基于齿轮齿廓普遍方程的行星齿轮时变啮合刚度求解方法,分别求解正常和裂纹情况下的时变啮合刚度曲线,设置不同裂纹深度和不同裂纹角度,研究行星齿轮各对齿轮副时变啮合刚度的变化规律。