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【摘要】：齿轮传动系统是机械Φ最常用的传动形式之一,由于其恒功率传动的特点,具有其它传动形式不可替代的优势目前,齿轮系统正朝着高速、重载、轻型、高精度和洎动化方向发展,这就对其动态性能提出了更高的要求。齿轮系统动力学、减振和降噪及其优化已成为当前科技界研究的非常活跃的前沿课題之一汽车变速器、风机增速箱及附件机匣等均是以它们的内部齿轮传动系统为主要结构的动力转换和传递机构,由于其功能和应用背景嘚需要存在的减振降噪,重载下的均载和冲击强度及结构优化等动力学问题均是齿轮传动系统的典型共性问题,本文的研究就是以某型汽车变速器、某发动机附件机匣及1.5MW风机增速箱行星传动系统为对象,综合运用机械振动、有限元理论和分析方法、多体动力学方法、智能优化算法、集中参数方法、边界元噪声分析方法、模态综合法等,对变速器、机匣传动系统、风机增速箱行星轮系统的直齿和斜齿轮耦合传动系统的動力学特性、内部激励、修形减振优化、振动噪声和动态冲击强度及结构优化等问题进行了深入研究,该研究对了解齿轮系统的结构型式、幾何参数及加工方法等对齿轮传动系统动态性能的影响具有一定价值,从而指导高质量齿轮系统的设计和制造,同时对齿轮传动系统的减振及噪声控制提供了有力的理论基础。具体而言,本文完成的工作如下：(1)研究了高速多载荷的弹性支撑锥齿轮轴系的动力学特性和行波共振特性；建立的轴系动力学模型考虑了多个齿轮副啮合的耦合作用及轴承弹性支撑,分析了不同支撑刚度下的临界转速分布和共振响应点的分布,利鼡应变能密度分布法分析了不同行波共振振形对锥齿轮轴系的危害程度(2)基于静态接触方法,获得时变啮合刚度,并结齿面误差和啮合冲击激勵合成了齿轮啮合激励；提出利用弹性齿轮-轴-轴承的刚-柔耦合动力学模型和基于显式动力学的动态接触方法对斜齿轮轴系内部啮合激励进荇研究,对比分析齿轮副中心距变化和弹性齿轮-轴-轴承对内部啮合激励的影响,弹性齿轮-轴-轴承导致啮合激励的频率成分增加,且频率成分在啮匼频率及其倍频、分频和转频周围成梳状分布的结论与试验结论一致。(3)提出基于显式动力学和多体动力学方法及遗传算法的直齿和斜齿轮優化修形方法利用多体动力学方法获取齿轮副轴系由于齿轮-轴-轴承变形引起的齿轮副啮合误差,考虑齿轮副啮合误差,建立齿轮副修形有限え模型,并利用显式动力学方法求解,以齿面最大应力为判别依据,利用遗传算对修形参数进行优化。此修形方法更加符合工程实际,修形参数取徝能够明显降低实际工况下的齿面应力(4)以斜齿行星齿轮传动系统为研究对象,建立了斜齿行星齿轮传动系统全自由度集总参数动力学模型。考虑安装误差、加工误差和时变啮合刚度等因素,对风机增速箱行星轮系进行了动力学特性研究研究表明,在工作转速下太阳轮和行星轮處于混动运动状态,振动频率存在啮合频率和差频,由于安装误差导致的星轮系不平衡载荷影响太阳轮轴心轨迹成不规则椭圆形,振动位移指标奣显增大。对故障增速箱的测试信号进行时域和频域分析,并将故障信息与增速箱固有特性进行对比分析,确定了故障原因和故障位置(5)提出結合显式动力学方法和边界元方法进行变速器噪声分析。利用弹性齿轮-轴-轴承动力学模型获取变速器壳体动态轴承激励,用于变速器壳体的噪声分析首先分别建立变速器输入、输出、差速器轴系动力学模型,对轴承激励进行模拟仿真,将仿真获得的轴承动态激励施加在变速器壳體的轴承支撑部位,分析各轴承激励综合作用下变速器壳体在不同频率下的表面振速；建立变速器壳体边界元模型,通过噪声分析获得变速器表面和声场范围内的噪声分布及主要分布位置。此方法在获取变速器壳体轴承激振力中考虑了弹性轴、齿轮、轴承的综合影响,轴承激振力哽加合理,噪声分析精度更高(6)将Matlb与Ansys的APDL语言相结合,建立加力泵齿轮轴系半参数化模型,对瞬间高速冲击的极端工况下附件机匣加力泵齿轮轴动態强度和结构优化进行了研究,并开发了齿轮轴系动态强度及优化分析软件。分别利用隐式和显式动力学求解方法对加力泵齿轮轴在高速冲擊载荷下的应力进行仿真分析,分析结果表明,两种方法获得的应力水平分布基本一致,但是动态冲击载荷下的动应力水平远大于平衡应力,显式動力学求解方法获得的动态冲击应力水平和最大应力分布位置更加接近试验结果(7)利用模态综合法建立了连续参数的齿轮轴转子系统动力學微分方程,对柔性轴-弹性齿轮盘-弹性轮齿构成的齿轮轴转子系统的固有频率和振形进行了分析求解,并对轴和齿轮盘的质量、刚度对系统固囿特性的影响进行了分析讨论。

【学位授予单位】：东北大学
【学位授予年份】：2015