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谐波齿轮传动系统非线性动力学特性研究
| 论文题名： | 谐波齿轮传动系统非线性动力学特性研究 |
| 关键词： | 谐波齿轮传动系统;等效弯扭耦合模型;非线性阻尼;动态特性 |
| 摘要： | 随着谐波齿轮在波发生器、柔轮、刚轮的结构设计以及加工制造理论等方面的研究已经逐渐完善，谐波齿轮传动的适用场合也由航天科技领域拓展到工业机器人、卫星等多个机械领域且应用广泛。但由于其传动工作机理的特殊性，谐波齿轮自身动态性能问题已经成为了制约其发展最主要的阻碍之一。为了使谐波传动技术应用于对其性能要求更高的工业领域，根据研究实际系统的不同目标，建立复杂程度适中且能实现研究目的理论模型。通过对其动力学特性的研究最终实现提升实际系统的动态性能。对谐波齿轮传动进行动力学研究，具有较高的理论意义和实际价值。本文以谐波齿轮传动系统为研究对象，建立对应的等效系统动力学模型，并完成了动态特性的分析。主要研究内容如下： （1）采用实验的手段完成对谐波齿轮传动系统中存在的运动学误差、综合刚度等非线性因素的建模和参数辨识。根据不同研究目标来简化实际谐波系统建立对应的分析模型。具体表现为：①从系统整体角度研究，建立等效系统弯扭耦合振动模型，将谐波系统内部非线性因素等效成由上述等效系统模型啮合引起。②从系统内部结构传动角度研究，建立等效内部结构传动模型，在模型中分别考虑了柔轮的扭转刚度、柔性轴承的支承刚度与支承阻尼、轮齿的啮合刚度与啮合阻尼，并考虑了阻尼因素的非线性特性。 （2）采用数值法求解等效系统弯扭耦合振动模型，研究了不同分岔参数对系统运动状态的影响规律。结果表明：①输入转速、运动学误差和齿侧间隙均为影响系统分岔特性的重要参数，系统随不同参数变化进入混沌运动的分岔方式也较为丰富。②相对阻尼比和静态载荷的增大均会引起系统混沌分岔现象减弱，提高其工作稳定性。试验验证了理论模型以及理论分析的正确性。 （3）通过数值法求解谐波齿轮等效内部结构传动模型的动力学方程，研究了不同刚度、阻尼成分对系统响应的影响程度。结果表明：①刚度因素对系统动态特性有一定的影响，在一定范围内系统响应随不同刚度的变化而表现不同。由刚度敏感性分析可得，柔轮的扭转刚度是最敏感的动态参数。②系统响应在一定程度上也受不同阻尼成分的影响，但支承阻尼非线性成分对其的影响不大。由阻尼敏感性分析可得，支承阻尼的线性成分是最敏感的动态参数。实验结果也验证了理论模型以及理论分析的正确性。 |
| 作者： | 韩金林 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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