行星齿轮传动系统动力修改及工程应用

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随着传动系统不断向高速重载的方向发展,行星齿轮传动作为其中一种应用极为广泛的形式必须具备良好的静、动态特性才能适应日益恶化的动力环境。传统的齿轮系统设计过程是先以结构静强度为主,其次依据动强度进行校核,最后再用动力学实验进行验证。而现代齿轮传动设计则要求将系统的动态特性考虑在设计初期,并在设计过程中不断对其动态特性进行修正,以满足设计所期望的要求,该过程又称为结构的动力修改。  早期的动力修改一直停留在数学层面上,即仅对系统的物理参数(质量、阻尼、刚度等)进行修改,往往会出现求出物理参数的修正量之后,却无法在实际系统中找到与之相对应的结构。本文主要对传动系统的结构参数(几何尺寸和材料属性等)进行修改,计算所得参数的修正量均对应于系统几何结构,比较适合工程应用。本文以2Z-X型行星传动系统为研究对象,以其动态设计过程为线索,分别讨论以下三个方面内容:  l、基于集中参数法构建系统的平移一扭转耦合模型,采用牛顿第二定律推导该模型中各构件的振动方程,并将其表示为矩阵形式。利用MATLAB软件求解系统的固有特性,并推导系统的模态参数模型。  2、基于灵敏度分析,从众多设计参数中找出对系统动态性能参数影响较大的参数;基于设计参数型法,计算出待修改参数的修正值;基于一阶摄动法,预测系统修改后固有特性的变化量,以快速评价结构动力修改的有效性。  3、基于齿轮传动系统专业设计软件RomaxDESIGNER,快速验证动力修改后的系统是否满足静力强度要求,以弥补单纯动力修改的不足。  本文通过以上分析得到,对系统固有频率影响较大且适合于修改的参数有:行星架的质量、齿轮的变位系数及齿宽。经过计算,通过对以上三个参数进行修改,确实可以使对应的固有频率下降至设计期望值。经过静力分析得知,变位系数修改后提高了行星轮的静态性能,降低了太阳轮和内齿轮的静态性能,但均符合静强度条件;另外通过适量增加轮齿宽度可以改善齿向载荷分布的不均匀性。
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