1、XXXXXXX 毕业设计论文作者:AAA直齿行星齿轮传动动力学分析XXXX学 士 学 位 论 文指导教师： BB班级：CCC 班2018 年 4 月 17 日XXXXXXX 毕业设计论文摘要：行星齿轮被广泛应用于船舶、飞机、汽车、重型机械等许多领域，它的振动和噪音一直以来都是普遍关注的问题。为了减小其振动和噪音，动力学分析是必不可少的。本文分析了行星齿轮动力学当中的一些关键性问题，提高了对于行星齿轮传动动态特性的理解。本文在系杆随动参考坐标系下建立 NGW 型直齿行星齿轮传动的动力学模型。把行星齿轮机构划分成几个相互关联的子系统，通过分析各构件间的相对位移关系利用牛顿第二定律推导出系统的运动微
2、分方程。应用仿真分析软件 ADAMS 对行星齿轮传动系统模型进行仿真模拟及运动学分析,并应用 solidworks 软件对行星齿轮传动系统进行三维实体参数化建模 。实现了用虚拟样机来代替实际样机进行验证设计,提高了设计质量和效率。关键词：行星齿轮，动力学分析，ADAMS，仿真XXXXXXX 毕业设计论文Abstract:Planetary gear noise and vibration are primary concerns in their applications in the transmissions of marine vessels, aircrafts, automobile
3、s, and heavy machinery. Dynamic analysis is essential to the noise and vibration reduction.This work analytically investigates some critical issues and advances the understanding of planetary gear dynamics. This work Developed An analytical dynamic model of NGW spur planetary gear unit. In order to
4、derive the displacement relationships between gears and carrier, divided the planetary gear mechanism into several sub systems. The governing differential equations were obtained by Newtons second law.ADAMS simulation analysis software for planetary gear drive system is applied to simulate and perfo
5、rm dynamic analysis. And solidworks software for planetary gear drive system to build three-dimensional solid parametric modeling is applied. With a virtual prototype instead of the actual prototype for the design verification, the design quality and efficiency is improved.Key word：p lanetary gear t
6、ransmissions, dynamic analysis, ADAMS, simulationXXXXXXX 毕业设计论文目录1 绪论.11.1 本文研究的背景及意义 .11.2 行星齿轮传动的特点及其应用 .11.2.1 行星齿轮传动简介 .21.2.2 行星齿轮传动的特点 .21.2.3 行星齿轮传动的应用 .21.3 齿轮系统动力学概述 .41.3.1 动力学概述 .41.3.2 齿轮系统动力学研究的目标及内容 .41.4 行星齿轮传动动力学研究现状及展望 .51.4.1 行星齿轮传动动力学研究现状 .51.4.2 行星齿轮传动动力学研究展望 .61.5 论文研究的主要内容 .71.
7、5.1 直齿行星齿轮传动动力学建模 .71.5.2 直齿行星齿轮传动固有特性分析 .81.5.3 直齿行星齿轮传动动响应分析 .81.6 初始数据 .92 直齿行星齿轮传动动力学建模.102.1 数学模型 .102.2 动力学微分方程的推导 .112.2.1 变形协调条件的推导 .112.2.2 子构件运动微分方程的建立 .132.2.3 系统运动微分方程的建立 .173 相关设计参数的计算.193.1 尺寸参数与质量参数的计算 .193.1.1 尺寸系数的计算 .193.1.2 质量参数的计算 .203.2 载荷计算 .203.3 刚度参数的计算 .243.3.1 轴承刚度系数的计算方法 .
8、253.3.2 齿轮啮合综合刚度的计算方法 .273.3.3 刚度参数的计算结果 .313.4 轮齿啮合点的计算 .314 直齿行星齿轮传动固有特性分析.324.1 ADAMS 中动力学模型的建立 .32XXXXXXX 毕业设计论文4.2 利用 ADAMS 进行固有特性分析 .324.2.1 直齿行星齿轮传动系统的固有频率分析 .334.2.2 直齿行星齿轮传动系统的振型分析 .334.3 数学模型与仿真模型结果对比 .354.4 直齿行星齿轮传动固有特性分析的结论 .364.4.1 旋转模式 .364.4.2 平移模式 .364.4.3 行星模式 .375 直齿行星齿轮传动动响应分析.385
9、.1 直齿行星齿轮系统实体模型的建立 .385.2 ADAMS 与 solidworks 之间的数据交换 .385.3 建立行星齿轮多体动力学模型 .385.3.1 ADAMS 碰撞力的选择及定义 .395.3.2 碰撞参数的确定 .405.4 仿真计算 .415.4.1 输入输出转速仿真结果及分析 .415.4.2 接触力仿真结果及分析 .426 全文总结及展望.476.1 全文总结 .476.2 展望 .47致谢参考文献附录XXXXXXX 毕业设计论文第 1 页1 绪论1.1 本文研究的背景及意义随着科学技术的飞速发展，机械工业也发生着日新月异的变化，特别是近二三十年来机电一体化产品的广泛
10、应用，在机械、航空、航天领域的机电系统正朝着高速、重载、大柔度、高精度和自动化的方向发展，使得人们对设备的动态性能提出了更高的要求。非线性动力学、振动、噪声及其控制己成为当前国际科技界研究的非常活跃的前沿课题之一。在此同时，传统的静态设计方法也逐渐不能适应设计的要求，而新兴的动态设计方法正越来越被认同和采用。齿轮系统是各种机器和机械设备中应用最为广泛的动力和运动传递装置，其力学行为和工作性能对整个机器有着重要影响、机械的振动和噪声，其中大部分来源于齿轮传动工作时产生的振动。因此，机械产品对齿轮系统动态性能方面的要求就更为突出。研究齿轮传动系统动力学一直受到人们的广泛关注。行星齿轮传动由于其结构
11、紧凑、承载能力强以及较低的轴承载荷而广泛应用于航空、船舶、汽车、军事、机械、冶金等各个领域。与普通齿轮传动相比，其最显著的特点是在传递动力时可以进行功率分流，并且输入轴和输出轴处在同一水平线上。所以行星齿轮传动现已被广泛应用于各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是因其具有高载荷、大传动比的特点更是在飞行器和车辆(特别是重型车辆)中得到大量应用。但是由于行星齿轮的结构和工作状态复杂，其振动和噪声问题也比较突出，从而影响到设备的运行精度、传递效率和使用寿命。因此，对行星齿轮传动系统动力学进行深入研究，进而实现系统行星轮系的优化设计，以降低系统的振动和噪音，具有重要理论意义和工程应用价
12、值。1.2 行星齿轮传动的特点及其应用XXXXXXX 毕业设计论文第 2 页1.2.1 行星齿轮传动简介被我们所熟知的齿轮绝大部分都是转动轴线固定的齿轮。例如机械式钟表，上面所有的齿轮尽管都在做转动，但是它们的转动中心（与圆心位置重合）往往通过轴承安装在机壳上，因此，它们的转动轴相对于机壳固定，因而也被称为定轴齿轮。相反，有的齿轮转动轴线是不固定的，而是安装在一个可以转动的支架上。行星齿轮除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着行星架绕其它齿轮的轴线转动，绕自己轴线的转动称为“自转” ，绕其它齿轮轴线的转动称为“公转” ，就象太阳系中的行星那样，因此得名。图 1-1
13、行星齿轮传动1.2.2 行星齿轮传动的特点行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型效率高，但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大，但效率较低。用它们作减速器时，其效率随传动比的增大而减小；作增速器时则有可能产生自锁。1.2.3 行星齿轮传动的应用行星齿轮系在各种机械中得到了广泛的应用。1实现大传动比的减速传动XXXXXXX 毕业设计论文第 3 页右图所示的行星齿轮系中，若各轮的齿数分别为z1=100，z2=101，z2=100 ，z3=99 ，则输入构件 H 对输出构件 1 的传动比=10000。可见，根
14、据需要行星齿轮系可获得很大的传动比。图 1-2 大传动比行星轮系 图 1-3 三个行星轮均匀布置的行星轮系2. 实现结构紧凑的大功率传动行星齿轮系可以采用几个均匀分布的行星轮同时传递运动和动力（见左图） 。这些行星轮因公转而产生的离心惯性力和齿廓间反作用力的径向分力可互相平衡，故主轴受力小，传递功率大。另外由于它采用内啮合齿轮，充分利用了传动的空间，且输入输出轴在一条直线上，所以整个轮系的空间尺寸要比相同条件下的普通定轴齿轮系小得多。这种轮系特别适合于飞行器。3实现运动的合成运动的合成是将两个输入运动合为一个输出运动。差动轮系的自由度等于二，当给定任意两个构件的确定运动后，另一构件的运动才能确
15、定。利用差动轮系的这一特点可以实现运动的合成。差动轮系可进行运动合成的这种特性被广泛应用于机床、计算机构及补偿调整装置中。图 1-4 运动的合成XXXXXXX 毕业设计论文第 4 页4实现运动的分解差动轮系还可以将一个原动构件的转动分解为另外两个从动基本构件的不同转动。图 1-5 运动的分解1.3 齿轮系统动力学概述1.3.1 动力学概述动力学（Dynamics）是经典力学的一门分支，主要研究运动的变化与造成这变化的各种因素。换句话说，动力学主要研究的是力对于物体运动的影响。运动学则是纯粹描述物体的运动，完全不考虑导致运动的因素。更仔细地说，动力学研究由于力的作用，物理系统怎样随着时间的演进而
16、改变。动力学的基础定律是 艾萨克牛顿提出的牛顿运动定律。对于任意物理系统，只要知道其作用力的性质，引用牛顿运动定律，就可以研究这作用力对于这物理系统的影响。自 20 世纪以来，动力学又常被人们理解为侧重于工程技术应用方面的一个力学分支。1.3.2 齿轮系统动力学研究的目标及内容齿轮系统动力学研究的目标，是确定和评价齿轮系统的动态特性，从而为设计高质量的齿轮系统提供理论指导。齿轮系统的动态特性研究一般包括以下四个方面的内容:(l)固有特性XXXXXXX 毕业设计论文第 5 页固有特性指系统的固有频率和振型，是齿轮系统的基本动态特性之一。目前，齿轮系统固有特性分析主要包括:利用集中参数方法研究齿轮
17、传动系统的固有频率和振型；利用有限元方法计算齿轮轮体和箱体结构的固有频率和振型；利用灵敏度分析和动态优化设计方法研究系统结构参数、几何参数与固有频率和振型的关系，进行动力学修改，提高和改善系统的固有特性。(2)动态响应在动态激励作用下齿轮系统的响应是齿轮系统动力学研究的重要内容，主要包括轮齿动态啮合力和轮齿激励在系统中的传递以及传动系统中各零件和箱体结构的动态响应等。研究轮齿的动态啮合力，可以了解系统动态激励产生的机理、大小和性质。确定轮齿的动载荷和动载荷系数，对轮齿强度和可靠性设计具有重要意义。研究系统中动态激励的传递及各零件的动态响应，目的在于通过系统的设计修改，减小动态激励的传递，降低系
18、统各零件的振动，减小支承轴承的受载，提高寿命，降低振动和噪声。(3)动力稳定性齿轮系统是一种参数激励系统，与一般的机械振动系统的区别在于它存在动力稳定性问题。通过齿轮系统动力稳定性分析，评价影响稳定性的因素，确定稳定区与非稳定区，为齿轮系统的设计提供指导。(4)系统参数对齿轮系统动态特性的影响在研究系统的各种动态性能时，重要的任务是研究齿轮系统的结构形式、几何参数等对动态性能的影响，特别是可以以研究系统动力学模型为基础，通过灵敏度分析行星齿轮传动系统动力学分析研究定量了解各类参数的灵敏程度，在此基础上进行齿轮系统的动态优化设计。1.4 行星齿轮传动动力学研究现状及展望1.4.1 行星齿轮传动动力学研究现状在20世纪40、50年代一些学者已经开始对行星轮系在静态条件下的载荷分配均匀性进行了研究。随着齿轮动力学的蓬勃发展，国内外学者对星型轮系和行星轮系的动力学问题从理论和实验两方面都进行了相关研究。
