【正文】 2022年7月16日學 士 學 位 論 文 直齒行星齒輪傳動動力學分析指導教師：BB班級：CCC班摘 要行星齒輪被廣泛應用于船舶、飛機、汽車、重型機械等許多領域，它的振動和噪音一直以來都是普遍關注的問題。為了減小其振動和噪音，動力學分析是必不可少的。本文分析了行星齒輪動力學當中的一些關鍵性問題，提高了對于行星齒輪傳動動態(tài)特性的理解。本文在系桿隨動參考坐標系下建立NGW型直齒行星齒輪傳動的動力學模型。把行星齒輪機構劃分成幾個相互關聯(lián)的子系統(tǒng)，通過分析各構件間的相對位移關系利用牛頓第二定律推導出系統(tǒng)的運動微分方程。應用仿真分析軟件ADAMS對行星齒輪傳動系統(tǒng)模型進行仿真模擬及運動學分析,并應用solidworks軟件對行星齒輪傳動系統(tǒng)進行三維實體參數(shù)化建模。實現(xiàn)了用虛擬樣機來代替實際樣機進行驗證設計,提高了設計質(zhì)量和效率。關鍵詞：行星齒輪，動力學分析，ADAMS，仿真Abstract:Planetary gear noise and vibration are primary concerns in their applications in the transmissions of marine vessels, aircrafts, automobiles, 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 derive the displacement relationships between gears and carrier, divided the planetary gear mechanism into several sub systems. The governing differential equations were obtained by Newton39。s second law. ADAMS simulation analysis software for planetary gear drive system is applied to simulate and perform dynamic analysis. And solidworks software for planetary gear drive system to build threedimensional 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：planetary gear transmissions, dynamic analysis, ADAMS, simulation目錄1 緒論............................................................................................................................1 本文研究的背景及意義 1 行星齒輪傳動的特點及其應用 1 行星齒輪傳動簡介 2 行星齒輪傳動的特點 2 行星齒輪傳動的應用 2 齒輪系統(tǒng)動力學概述 4 動力學概述 4 齒輪系統(tǒng)動力學研究的目標及內(nèi)容 4 行星齒輪傳動動力學研究現(xiàn)狀及展望 5 行星齒輪傳動動力學研究現(xiàn)狀 5 行星齒輪傳動動力學研究展望 6 論文研究的主要內(nèi)容 7 直齒行星齒輪傳動動力學建模 7 直齒行星齒輪傳動固有特性分析 8 直齒行星齒輪傳動動響應分析 8 初始數(shù)據(jù) 92 直齒行星齒輪傳動動力學建模................................................................................................10 數(shù)學模型 10 動力學微分方程的推導 11 變形協(xié)調(diào)條件的推導 11 子構件運動微分方程的建立 13 系統(tǒng)運動微分方程的建立 173 相關設計參數(shù)的計算................................................................................................................19 尺寸參數(shù)與質(zhì)量參數(shù)的計算 19 尺寸系數(shù)的計算 19 質(zhì)量參數(shù)的計算 20 載荷計算 20 剛度參數(shù)的計算 24 軸承剛度系數(shù)的計算方法 25 齒輪嚙合綜合剛度的計算方法 27 剛度參數(shù)的計算結果 31 輪齒嚙合點的計算 314 直齒行星齒輪傳動固有特性分析............................................................................................32 ADAMS中動力學模型的建立 32 利用ADAMS進行固有特性分析 32 直齒行星齒輪傳動系統(tǒng)的固有頻率分析 33 直齒行星齒輪傳動系統(tǒng)的振型分析 33 數(shù)學模型與仿真模型結果對比 35 直齒行星齒輪傳動固有特性分析的結論 36 旋轉(zhuǎn)模式 36 平移模式 36 行星模式 375 直齒行星齒輪傳動動響應分析................................................................................................38 直齒行星齒輪系統(tǒng)實體模型的建立 38 ADAMS與solidworks之間的數(shù)據(jù)交換 38 建立行星齒輪多體動力學模型 38 ADAMS碰撞力的選擇及定義 39 碰撞參數(shù)的確定 40 仿真計算 41 輸入輸出轉(zhuǎn)速仿真結果及分析 41 接觸力仿真結果及分析 426 全文總結及展望........................................................................................................................47 全文總結 47 展望 47致謝參考文獻附錄1 緒論 本文研究的背景及意義隨著科學技術的飛速發(fā)展，機械工業(yè)也發(fā)生著日新月異的變化，特別是近二三十年來機電一體化產(chǎn)品的廣泛應用，在機械、航空、航天領域的機電系統(tǒng)正朝著高速、重載、大柔度、高精度和自動化的方向發(fā)展，使得人們對設備的動態(tài)性能提出了更高的要求。非線性動力學、振動、噪聲及其控制己成為當前國際科技界研究的非?；钴S的前沿課題之一。在此同時，傳統(tǒng)的靜態(tài)設計方法也逐漸不能適應設計的要求，而新興的動態(tài)設計方法正越來越被認同和采用。齒輪系統(tǒng)是各種機器和機械設備中應用最為廣泛的動力和運動傳遞裝置，其力學行為和工作性能對整個機器有著重要影響、機械的振動和噪聲，其中大部分來源于齒輪傳動工作時產(chǎn)生的振動。因此，機械產(chǎn)品對齒輪系統(tǒng)動態(tài)性能方面的要求就更為突出。研究齒輪傳動系統(tǒng)動力學一直受到人們的廣泛關注。行星齒輪傳動由于其結構緊湊、承載能力強以及較低的軸承載荷而廣泛應用于航空、船舶、汽車、軍事、機械、冶金等各個領域。與普通齒輪傳動相比，其最顯著的特點是在傳遞動力時可以進行功率分流，并且輸入軸和輸出軸處在同一水平線上。所以行星齒輪傳動現(xiàn)已被廣泛應用于各種機械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是因其具有高載荷、大傳動比的特點更是在飛行器和車輛(特別是重型車輛)中得到大量應用。但是由于行星齒輪的結構和工作狀態(tài)復雜，其振動和噪聲問題也比較突出，從而影響到設備的運行精度、傳遞效率和使用壽命。因此，對行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學進行深入研究，進而實現(xiàn)系統(tǒng)行星輪系的優(yōu)化設計，以降低系統(tǒng)的振動和噪音，具有重要理論意義和工程應用價值。 行星齒輪傳動的特點及其應用 行星齒輪傳動簡介被我們所熟知的齒輪絕大部分都是轉(zhuǎn)動軸線固定的齒輪。例如機械式鐘表，上面所有的齒輪盡管都在做轉(zhuǎn)動，但是它們的轉(zhuǎn)動中心（與圓心位置重合）往往通過軸承安裝在機殼上，因此，它們的轉(zhuǎn)動軸相對于機殼固定，因而也被稱為定軸齒輪。相反，有的齒輪轉(zhuǎn)動軸線是不固定的，而是安裝在一個可以轉(zhuǎn)動的支架上。行星齒輪除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動之外，它們的轉(zhuǎn)動軸還隨著行星架繞其它齒輪的軸線轉(zhuǎn)動，繞自己軸線的轉(zhuǎn)動稱為“自轉(zhuǎn)”，繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動稱為“公轉(zhuǎn)”，就象太陽系中的行星那樣，因此得名。 圖11 行星齒輪傳動 行星齒輪傳動的特點行星齒輪傳動的主要特點是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)。但大功率高速行星齒輪傳動結構較復雜，要求制造精度高。行星齒輪傳動中有些類型效率高，但傳動比不大。另一些類型則傳動比可以很大，但效率較低。用它們作減速器時，其效率隨傳動比的增大而減?。蛔髟鏊倨鲿r則有可能產(chǎn)生自鎖。 行星齒輪傳動的應用行星齒輪系在各種機械中得到了廣泛的應用。1． 實現(xiàn)大傳動比的減速傳動右圖所示的行星齒輪系中，若各輪的齒數(shù)分別為z1=100，z2=101，z2=100，z3=99，則輸入構件H對輸出構件1的傳動比=10000?？梢?，根據(jù)需要行星齒輪系可獲得很大的傳動比。 圖12 大傳動比行星輪系 圖13 三個行星輪均勻布置的行星輪系2. 實現(xiàn)結構緊湊的大功率傳動行星齒輪系可以采用幾個均勻分布的行星輪同時傳遞運動和動力（見左圖）。這些行星輪因公轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心慣性力和齒廓間反作用力的徑向分力可互相平衡，故主軸受力小，傳遞功率大。另外由于它采用內(nèi)嚙合齒輪，充分利用了傳動的空間，且輸入輸出軸在一條直線上，所以整個