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1、XXXXXXX 毕业设计论文2013年10月27日学 士 学 位 论 文作者:AAA 直齿行星齿轮传动动力学分析XXXX指导教师：BB班级：CCC班摘要：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分方程。应用仿真分析软件ADAMS对行星齿
2、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
3、 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 be
4、tween 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 perform dynamic analysis. And solidworks sof
5、tware 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：planetary gear transmissions, dynamic analysis, ADAMS, s
6、imulation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71.5.1 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
7、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324.2 利用ADAMS进行固有
8、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.385.1 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
9、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
10、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
11、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值。1.2 行星齿轮传动的特点及其应用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
12、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 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右图所示的行星齿轮系中，
13、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
