行星齿轮传动振动分析及可视化应用研究
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摘要
本文主要针对2K-H行星齿轮机构，对其进行了动力学分析和研究，并通过MATLAB软件，对一具体的例子进行了可视化后置处理。
首先，建立了行星架悬浮的2K-H行星齿轮传动系统的集中参数振动模型。用相对运动动力学基本原理推导了系统的振动微分方程。通过实例计算说明了把系统处理成以齿为弹簧，齿轮本体为质量的集中参数振动系统是可行的。
其次，用有限元法，计算了直齿圆柱齿轮传动的啮合刚度，得出了啮合刚度的变化曲线。其计算方法和分析程序可应用于工程实际。
再次，在相对运动动力学分析结果的基础上，运用有阻尼系统响应的振型叠加法求解多自由度系统的振动响应。编制了相应的计算程序，并对计算结果进行分析。为行星齿轮传动动态特性的进一步研究奠定了基础。
最后，充分运用MATLAB软件强大的图形显示功能，对2K-H行星齿轮传动振动分析计算结果进行了可视化处理，将色彩映射运用到图形之中，取得了较好的直观效果。
In this thesis, the author carry through dynamics analysis and research of the 2K-H planetary gear and carry out a great deal of numerical calculation based on Matlab software.
Firstly, the authour builds up the concentrated parameter vibration model of the 2K-H planetary gear with floating carrier and got the vibration differential equations by applying the relative kinematics dynamics theory. It is showed by the example that the concentrated parameter vibration model are feasible based on that the gear are regarded as spring and the object of gear as mass.
Secondly, on the base of FEM, mesh stiffness of straight tooth cylindrical gear is calculated, and curve of stiffness is find.The method of calculation and the programme may be used in practice of project.
Thirdly, on the basis of relative kinematics dynamics, The vibration responses of multi-freedom system is obtained by the addition method of damp system response.The programme of calculation is workout, and the result of calculation is analysed.All these is the base of the analysis of dynamic performance of the planetary gear transmission .
At last, a post-processing method, including color mapping and animation technique and so on, is used in the result of vibration analysis of 2K-H planetary gear. The results of the application are very favorable.
首先，建立了行星架悬浮的2K-H行星齿轮传动系统的集中参数振动模型。用相对运动动力学基本原理推导了系统的振动微分方程。通过实例计算说明了把系统处理成以齿为弹簧，齿轮本体为质量的集中参数振动系统是可行的。
其次，用有限元法，计算了直齿圆柱齿轮传动的啮合刚度，得出了啮合刚度的变化曲线。其计算方法和分析程序可应用于工程实际。
再次，在相对运动动力学分析结果的基础上，运用有阻尼系统响应的振型叠加法求解多自由度系统的振动响应。编制了相应的计算程序，并对计算结果进行分析。为行星齿轮传动动态特性的进一步研究奠定了基础。
最后，充分运用MATLAB软件强大的图形显示功能，对2K-H行星齿轮传动振动分析计算结果进行了可视化处理，将色彩映射运用到图形之中，取得了较好的直观效果。
In this thesis, the author carry through dynamics analysis and research of the 2K-H planetary gear and carry out a great deal of numerical calculation based on Matlab software.
Firstly, the authour builds up the concentrated parameter vibration model of the 2K-H planetary gear with floating carrier and got the vibration differential equations by applying the relative kinematics dynamics theory. It is showed by the example that the concentrated parameter vibration model are feasible based on that the gear are regarded as spring and the object of gear as mass.
Secondly, on the base of FEM, mesh stiffness of straight tooth cylindrical gear is calculated, and curve of stiffness is find.The method of calculation and the programme may be used in practice of project.
Thirdly, on the basis of relative kinematics dynamics, The vibration responses of multi-freedom system is obtained by the addition method of damp system response.The programme of calculation is workout, and the result of calculation is analysed.All these is the base of the analysis of dynamic performance of the planetary gear transmission .
At last, a post-processing method, including color mapping and animation technique and so on, is used in the result of vibration analysis of 2K-H planetary gear. The results of the application are very favorable.
引文
【1】 罗名佑．行星齿轮机构．北京：高等教育出版社，1984．
【2】 李延栋著．渐开线齿轮行星传动．成都：成都科技大学出版社，1986．
【3】 饶振纲主编．行星传动机构设计．北京：国防工业出版社，1994．
【4】 马从谦，陈自修等著．渐开线行星齿轮传动设计．北京：机械工业出版社，1987．
【5】 Teruaki HIDAKA. Dynamic behavior of planetary gear. Journal of Load distribution in Planetary gear. 1976.132(19):690-698.
【6】 Teruaki HIDAKA. Dynamic behavior of planetary gear. Journal of Displacement of Sun Gear and Ring Gear. 1976.138(19):1563-1570
【7】 Teruaki HIDAKA. Dynamic behavior of planetary gear. Journal of Displacement of Sun Gear and Ring Gear. 1977.150(120):1663-1672
【8】 Teruaki HIDAKA. Analysis of Dynamic Tooth Load on Planetary Gear. Journal of Load distribution in Planetary gear. 1980. 176(123):315-323
【9】 R. August and R. Kasuba. Torsional Vibrations and Dynamic Loads in a Basic Planetary Gear System. Journal of Transactions of the ASME. 1986.6(108):348-353
【10】F. CUNLIFFE. Dynamic Tooth Loads in Epicyclic Gears. Journal of Transactions of JSME. 1986.253(129):2290-2297
【11】R. August and R. Kasuba NASA. Dynamic of planetary Gear Trains. Journal of contractor Report. 1987.6(152):228-237
【12】陈德建译，B．H．库特略夫采夫著．行星齿轮传动．北京：高等教育出版社，1982．
【13】李润方，王建军著．齿轮系统动力学．北京：科学出版社，1997．
【14】朱景梓．渐开线外啮合圆柱齿轮传动．北京：国防工业出版社，1990．
【15】孙桓，傅则绍著．机械原理．北京：高等教育出版社，1989．
【16】许尚贤．机械设计中的有限元．北京：高等教育出版社，1992．
【17】赵汝嘉著．机械设计中的有限元法．西安：西安交通大学出版社，1985．
【18】徐芝纶著．弹性力学简明教程．北京：人民教育出版社，1980．
【19】张策著．弹性连杆机构的分析与设计．北京：机械工业出版社，1989．
【20】刘延柱，陈文良，陈立群著．振动力学．北京：高等教育出版社，1998．
【21】李丽，王振领著．MATLAB工程计算及应用．北京：人民邮电出版社，2001．
【22】张策等．机械动力学．北京：高等教育出版社，2000．
【23】哈尔滨工业大学理论力学教研室著．理论力学(上册)．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1982．
【24】哈尔滨工业大学理论力学教研室著．理论力学(下册)．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1982．
【25】龚桂义，陈式椿，王永结．渐开线圆柱齿轮强度计算与结构设计．北京：机械工业出版社，1986．
【26】柏永新等．渐开线圆柱齿轮精度．西安：陕西科学技术出版社，1988．
【27】会田俊夫，张展译．齿轮的精度与性能．北京：中国农业机械出版社，1985．
【28】柏永新等．齿轮低频误差的频谱分析．陕西机械学院学报，1990．
【29】张建云．2K-H行星齿轮减速箱振动特性分析．西安理工大学硕士论文，1989．
【30】清华大学主编．机械振动．北京：机械工业出版社，1980．
【31】日本机械学会著．齿轮强度设计资料．北京：机械工业出版社，1984．
【32】金晶立．齿轮传动与噪声．沈阳：沈阳出版社，1987．
【33】R．D．库克著，程耿东，何穷，张国荣译．有限元分析的概念和应用．北京：科学出版社，1989．
【34】嘉木工作室著．ANSYS5.7有限元实例分析教程．北京：机械工业出版社，2002．
【35】申永胜著．机械原理教程．北京：清华大学出版社，1999．
【36】荣涵锐，荣毅虹著．AutoCAD三维图形在机械设计中的应用．哈尔滨工业大学出版社，1999．
【37】蔡汉明．AutoCAD三维造型实例详解．北京：人民邮电出版社，1999．
【38】王国强．实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践．西安：西北工业大学出版社，2001．
【39】洪庆章著．ANSYS教学范例．北京：中国铁道出版社，2002．
【40】王世军著，有限元分析软件ANSYS在结构分析中的应用．西安：西安理工大学，1999．
【41】王勇，田志仁．齿轮动态仿真研究．机械工程学报，1994，30(增刊)：30-34．
【42】王惠德．弹性力学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社．1987．
【43】倪振华著．振动力学．西安：西安交通大学出版社，1989．
【44】吴六永等著．工程设计可视化技术及其应用．计算机辅助设计与制造，1998，1：21-24．
【45】王小同等著．可视化仿真及其应用综述．计算机工程，1998，24：20-22
【46】龚剑，朱亮．MATLAB5.x入门与提高．北京：清华大学出版社，2000．
【47】唐锡宽著．机械动力学．北京：高等教育出版社，1983．
【48】王沫然．MATLAB6.0与科学计算．北京：电子工业出版社，2000．
【49】程卫国．MATLAB5.3应用指南．北京：人民邮电出版社．1999．
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