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柔性内齿圈啮合特性及动态性能对比分析

重庆大学学报 2024年

作者：胡升阳王世宇沈刚曾云方宗德天津大学机械工程学院安徽理工大学机电工程学院浙江通力传动科技有限公司西北工业大学机电学院

内齿圈作为行星齿轮传动系统的关键部件，对行星传动系统的均载和动载特性具有至关重要的作用。柔性内齿圈行星轮系借助齿圈自身柔性，可显著补偿由于系统部件加工误差和安装误差所导致的各行星轮传递扭矩的不均匀性。本文深入剖析柔性... 详细信息

内齿圈作为行星齿轮传动系统的关键部件，对行星传动系统的均载和动载特性具有至关重要的作用。柔性内齿圈行星轮系借助齿圈自身柔性，可显著补偿由于系统部件加工误差和安装误差所导致的各行星轮传递扭矩的不均匀性。本文深入剖析柔性内齿圈结构特性，对比表明柔性内齿圈较传统齿圈结构具备更加优良的柔性，可改善系统均载与动载性能，但同时也存在齿面接触应力偏载、应力分布不均匀、承载传动误差波动幅值增大以及结构应力集中等弊端，相关解析结果可为明确柔性齿圈设计及改良齿圈结构提供理论支持。

关键词：行星轮系柔性齿圈啮合特性结构特性动态性能

柔性齿圈行星轮系耦合模型创建及振动特性研究

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哈尔滨工程大学学报 2023年第6期44卷 1027-1036页

作者：胡升阳方宗德侯祥颖刘超关亚彬安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 西北工业大学机电学院陕西西安710072 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 燕山大学机电工程学院河北秦皇岛066004

针对柔性齿圈结构振动特性分析缺失以及现有传动系统特性分析方法不足,本文结合模态叠加法、承载接触分析技术与集中质量法,构建了考虑轮齿间接触特性、结构振动与系统振动的行星轮系模型。分析了柔性齿圈行星传动系统的结构振动特性及... 详细信息

针对柔性齿圈结构振动特性分析缺失以及现有传动系统特性分析方法不足,本文结合模态叠加法、承载接触分析技术与集中质量法,构建了考虑轮齿间接触特性、结构振动与系统振动的行星轮系模型。分析了柔性齿圈行星传动系统的结构振动特性及柔性齿圈对系统动态性能的影响,并避免了集中质量模型无法计入构件结构振动,全有限元模型计算量过大、收敛困难,现有刚柔耦合模型的刚性接触、齿轮参数标准化以及难以引入构件误差等问题。本文为柔性齿圈的设计以及传动系统动态特性的深入探究提供了模型基础和理论指导。

关键词：柔性齿圈行星传动系统刚柔耦合模型力元误差轮齿接触特性结构振动系统振动

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柔性齿圈行星轮系均载特性研究及验证

柔性齿圈行星轮系均载特性研究及验证

作者：葛浩东西安工业大学

学位级别：硕士

行星轮系具有体积小、同轴减速、传动范围大等特点。然而行星轮系中各构件的安装、制造误差使得各个行星轮所受载荷分配不均,影响行星轮系的均载性能,因此亟需对行星轮系的均载性能进行研究。本文从理论计算、有限元仿真、均载实验三方... 详细信息

行星轮系具有体积小、同轴减速、传动范围大等特点。然而行星轮系中各构件的安装、制造误差使得各个行星轮所受载荷分配不均,影响行星轮系的均载性能,因此亟需对行星轮系的均载性能进行研究。本文从理论计算、有限元仿真、均载实验三方面研究了含柔性齿圈内齿轮结构的行星轮系均载特性,具体内容如下:(1)通过理论计算和ANSYS有限元仿真两种方法,对柔性齿圈(薄壁套筒)的行星轮系内啮合刚度进行求解。首先根据Ishikawa Formula的定义,求出行星轮对内齿圈的法向作用力。其次基于材料力学理论和Timoshenko Beam Theory,求解出内齿圈的轮齿变形、接触变形、内齿圈基体和套筒变形,获得时变内啮合刚度。然后运用ANSYS建立柔性齿圈行星轮系的三维模型,通过静力学分析,提取行星轮和内齿圈在啮合线方向上的变形量,得到时变内啮合刚度。比较时变内啮合刚度理论计算结果和ANSYS仿真结果,二者相一致,验证了理论计算的准确性,为动力学均载系数的求解奠定了基础。(2)采用集中质量法,建立含薄壁套筒行星轮系的平移-扭转耦合动力学均载分析模型,考虑了时变啮合刚度、啮合阻尼、基本构建的安装制造误差、构件浮动、支承刚度和扭转刚度等参数对行星轮系均载作用的效应。然后采用理论力学的方法对整个系统不同构件的x方向、y方向和扭转方向进行受力分析,进而推导出系统的动力学方程,并整理成矩阵形式。对方程组进行求解,得到出各啮合分支上的啮合力,根据均载系数的定义,最终得到系统的均载系数。(3)采用控制变量法,在保证其他无关参数不变的前提下,逐个改变待研究参数,研究了系统参数和结构参数影响行星轮系均载系数的规律。首先探究系统参数,包括输入功率、输入转速、行星架浮动、太阳轮浮动、齿轮压力角、套筒厚度等对均载性能的影响。然后建立了系统误差投影到啮合线方向上的数学模型,研究结构参数,包括太阳轮、行星轮、行星架、内齿圈的安装、制造误差对均载系数影响的敏感性,发现行星架的制造误差对均载系数的影响最为显著。(4)进行了具有五个行星齿轮的行星轮系的均载测试实验,通过ANSYS软件对行星轮系进行应力分析,得到最佳的贴片位置。通过提取各个啮合分支在不同啮合周期内的信号幅值,计算得到内均载系数。接着在研制的行星齿轮实验台上进行均载性能实验,对不同工况下数据进行处理。给出了原始数据和滤波后的数据图,计算了两种工况下的均载系数。将理论计算结果与实验结果进行比较,从而验证理论计算的正确性。

关键词：行星轮系柔性齿圈均载系数啮合刚度均载实验

考虑柔性齿圈的节点外啮合行星齿轮均载特性分析

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 3005-3010页

作者：鲍和云周兴军朱如鹏陆凤霞南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

建立一种考虑摩擦力、时变啮合刚度及阻尼、综合啮合误差及内齿圈柔性的节点外啮合行星齿轮平移-扭转动力学模型。推导系统多自由度的动力学微分方程组并采用四阶-五阶Runge-Kutta法求解方程,得到系统的振动响应。分析柔性齿圈、摩擦力... 详细信息

建立一种考虑摩擦力、时变啮合刚度及阻尼、综合啮合误差及内齿圈柔性的节点外啮合行星齿轮平移-扭转动力学模型。推导系统多自由度的动力学微分方程组并采用四阶-五阶Runge-Kutta法求解方程,得到系统的振动响应。分析柔性齿圈、摩擦力以及节点外系数对系统均载特性的影响。研究结果表明:表面摩擦力是系统内部激励源,会加剧系统振动,而对于节点外啮合行星齿轮,在啮合过程中摩擦力不换向,改善系统的振动。行星齿轮系统采用具有一定柔性的齿圈会提高系统内啮合载荷分配的均匀性,对于节点外啮合行星齿轮而言,均载系数随着节点外系数的变化呈现"U"型变化趋势。

关键词：柔性齿圈节点外啮合行星齿轮摩擦力均载

计入齿圈柔性的风电机组行星传动动态特性研究

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太阳能学报 2021年第2期42卷 68-76页

作者：武玉柱孙文磊周建星新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

为研究齿圈柔性对风电机组行星齿轮传动系统动态特性的影响,将连续体的柔性齿圈离散成多段刚性轮齿段,以连接处的扭簧扭转刚度来量化齿圈的柔性特点。在行星架随动坐标系下,综合考虑啮合刚度、支撑刚度和齿圈柔性等因素,建立计入齿圈柔... 详细信息

为研究齿圈柔性对风电机组行星齿轮传动系统动态特性的影响,将连续体的柔性齿圈离散成多段刚性轮齿段,以连接处的扭簧扭转刚度来量化齿圈的柔性特点。在行星架随动坐标系下,综合考虑啮合刚度、支撑刚度和齿圈柔性等因素,建立计入齿圈柔性的行星传动系统平移—扭转耦合动力学模型,继而分析齿圈柔性、齿圈支撑点数目与负载力矩对齿圈变形及系统啮合力的影响,并进一步揭示太阳轮浮动轨迹在不同齿圈支撑点数目下的表现特点。研究结果表明:工作过程中的柔性齿圈产生较大的弹性变形,致使太阳轮与行星轮啮合力幅值出现长周期波动,且其频谱中出现多个转频成分,经对比发现该转频分别为行星架转频、ζ倍行星架转频及2ζ倍行星架转频(ζ为齿圈支撑点数目)。当支撑点数目与行星轮个数满足倍数关系时,太阳轮浮动轨迹较为规律,其外轮廓与刚性齿圈条件下一致;否则,浮动轨迹外轮廓呈现出具有ζ个瓣叶的花瓣状。

关键词：风电机组行星齿轮传动柔性齿圈动态特性齿圈变形

行星齿轮传动柔性齿圈齿根动应力计算及光纤光栅检测方法

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西安交通大学学报 2020年第6期54卷 122-132页

作者：王成龙周建星孙文磊王宏伟乔帅申勇新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

为有效提取行星齿轮传动系统柔性齿圈齿根动应力,综合考虑系统动力学特性,提出了一种内齿圈动应力的计算方法。在计算中,计入行星齿轮传动系统各部件的耦合关系,建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型,提取系统动载荷时域历程... 详细信息

为有效提取行星齿轮传动系统柔性齿圈齿根动应力,综合考虑系统动力学特性,提出了一种内齿圈动应力的计算方法。在计算中,计入行星齿轮传动系统各部件的耦合关系,建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型,提取系统动载荷时域历程。采用有限元方法建立齿圈结构动力学分析模型,将内齿圈各轮齿啮合区划分出n条接触线,并用轮齿承载接触分析(LTCA)方法确定齿间载荷分配关系。运用模态叠加法对内齿圈动力学方程解耦,采用Newmark-β法逐次积分,计算了不同载荷下内齿圈齿根动应力。与Kahraman等仿真算法以及实验结果对比,结果表明:齿根应变在一个啮合周期中,经历了单齿受压、双齿拉压以及单齿受拉3个波动过程,与光纤光栅检测结果一致,并且在不同负载下,测量误差均小于10%;行星轮与内齿圈啮合至支撑位附近时,在支撑位置两侧形成反向对称变形趋势,应力呈现出对称分布,行星轮啮合位置远离内齿圈支撑位时,啮合位置应力明显增大,齿槽结构对齿圈齿根应力影响显著。

关键词：行星齿轮传动系统柔性齿圈有限元法载荷分配动应力

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柔性齿圈载荷分布的研究及结构设计

机械设计 1996年第9期13卷 8-11页

作者：刘喜平袁盛治肖铁英东北重型机械学院

本文用有限元法研究了行星增速器柔性齿圈的形状与载荷分布的关系，计算了齿圈应力场，从而提供了一种既能保证行星轮各传动件间载荷分配比较均匀，又保证得到齿宽方向为均载的齿圈形状的设计方法。

关键词：传动零件柔性齿圈载何分布设计

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柔性齿圈动态特性解析研究

柔性齿圈动态特性解析研究

作者：王建天津大学

学位级别：硕士

时变啮合激励是齿轮传动的主要激振源。齿圈为振动能量传递的主要路径。为了减振降噪，需深入研究齿圈的动力学规律，揭示关键参数与响应之间的关系，进而为动态设计及工作点的合理选择提供理论依据。论文的主要内容如下：（1）将... 详细信息

时变啮合激励是齿轮传动的主要激振源。齿圈为振动能量传递的主要路径。为了减振降噪，需深入研究齿圈的动力学规律，揭示关键参数与响应之间的关系，进而为动态设计及工作点的合理选择提供理论依据。论文的主要内容如下：（1）将齿圈视为受若干移动刚度作用的柔性旋转圆环，采用哈密顿原理建立了无延展面内弯曲振动数学模型，该模型计入了科氏加速度的影响。（2）利用直接摄动法研究了模态运行规律，揭示了基本参数与固有频率分裂及振型耦合的关系。提供了一种抑制甚至消除频率分裂及振型耦合的参数选择方法。（3）研究了参数稳定性问题，重点分析了啮合相位及重合度对响应的动力调谐效果，揭示了齿数及行星轮个数与参数稳定性的关系，为行星传动的参数选取提供了动力学依据。（4）探讨了小齿轮分组模式对动力学特性的影响，揭示了分布状态与固有频率分裂及振型耦合的规律。同时，还提出了一种小齿轮等价分组抑制频率分裂及振型耦合的方法。本文为国家基金《旋转超声动力拓扑选型研究》（编号：51175370）的延伸研究。论文揭示了关键参数与频率分裂、振型耦合和参数稳定性等动力学特性的内在关系，丰富和发展了对称系统的动力调谐理论。

关键词：齿轮传动柔性齿圈固有频率分裂振型耦合参数稳定性动力调谐

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风电机组行星传动柔性齿圈变形特点分析

机床与液压 2019年第20期47卷 98-103页

作者：武玉柱孙文磊周建星新疆大学机械工程学院

以风力发电机行星传动系统为研究对象,为揭示齿圈变形特点,将齿圈离散为多段刚性轮齿段,对每两轮齿段用理论长度为零的双向扭转弹簧及铰链连接。在行星架随动坐标系下,综合考虑支撑刚度、齿轮啮合时变刚度和齿圈柔性,建立了风力发电机... 详细信息

以风力发电机行星传动系统为研究对象,为揭示齿圈变形特点,将齿圈离散为多段刚性轮齿段,对每两轮齿段用理论长度为零的双向扭转弹簧及铰链连接。在行星架随动坐标系下,综合考虑支撑刚度、齿轮啮合时变刚度和齿圈柔性,建立了风力发电机行星传动系统刚-柔耦合动力学模型。分析各构件间的相对运动微位移及齿圈的受力情况,运用牛顿力学推出动力学方程;基于所建模型,分别讨论了不同扭簧扭转刚度、负载力矩、支撑点处径向支撑刚度和周向支撑刚度条件,得到了齿圈的变形特点。该结果可为风力发电机行星传动的设计提供参考。

关键词：风力发电机行星传动动力学柔性齿圈齿圈变形