一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，S1、对分扭齿轮系统进行简化；S2、对简化后的分扭齿轮系统中的各元件之间等效相互作用力的分析，包括主齿轮与分扭齿轮之间的相互作用力、轴承座支承反作用力；S3、建立整个系统的集中参数模型；S4、建立主齿轮、分扭齿轮、支承轴承的动力学微分方程，结合所述集中参数模型，对动力学微分方程进行求解。本发明专利技术的分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，可以很好地仿真出实际物理模型运行时的振动响应频率特征，解释了分扭齿轮系统传动过程中的振动响应频率分布的形成原因，解决了缺乏有效的机理模型来研究分扭齿轮系统多部件耦合振动响应特征的工程问题。程问题。程问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法


[0001]本专利技术属于旋转机械故障诊断和信号处理领域，具体涉及一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法。

技术介绍

[0002]航空航天应用的齿轮传动系统需要在狭小的空间内传递高扭矩，分扭齿轮系统成为提高直升机传动系统扭矩的替代选择，是一种可以替代行星齿轮系统的新型构型。分扭齿轮系统被设计成多个齿轮通过平行轴布置同时将扭矩传递到中间齿轮，这种布置与传统的行星齿轮系统相比，能实现更大的传动比、可靠性更强，具有重量和噪声小等特点。
[0003](林何,王三民.参数对分扭
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并车齿轮传动系统动载和均载特性的影响[J]机械传动,2019,43(05):18
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22+63.DOI:10.16578/j.issn.1004.2539.2019.05.004.)建立了考虑齿侧间隙和综合传动误差等因素的分扭齿轮传动系统动力学模型，研究上述各种因素对动载和均载性的影响，但在动力学模型建立过程中，并没有完整考虑齿轮、齿轮轴和轴承各个元件之间的相互作用关系，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对分扭齿轮系统进行简化；S2、对简化后的分扭齿轮系统中的各元件之间等效相互作用力的分析，包括主齿轮与分扭齿轮之间的相互作用力、轴承座支承反作用力；S3、基于主齿轮与分扭齿轮之间的相互作用力形式、相对位置关系以及齿轮与轴承之间的相对位置关系，建立整个系统的集中参数模型；S4、建立主齿轮、分扭齿轮、支承轴承的动力学微分方程，结合所述集中参数模型，对动力学微分方程进行求解。2.根据权利要求1所述的一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，其特征在于，步骤S1中对分扭齿轮系统的简化包括：除箱体外，其他构件都视为线弹性体，考虑传动轴弯曲和扭转对系统的影响；输入齿轮和输出齿轮之间的啮合作用以啮合线上弹簧
‑
阻尼机构为等效，啮合刚度和啮合阻尼系数都是时变的；轴承的径向支撑以弹簧
‑
阻尼为等效。3.根据权利要求1所述的一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，其特征在于，步骤S2中，所述主齿轮与分扭齿轮之间的相互作用力表示为：F
mn
(t)＝f(T(t))其中，m代表主齿轮，n＝1,2代表分扭齿轮，1代表分扭齿轮1，2代表分扭齿轮2，t是时间，F
mn
(t)(n＝1,2)是主齿轮与各个分扭齿轮之间的等效相互作用力，T(t)是分扭齿轮系统所受外载扭矩随时间变化的函数，f为分扭齿轮系统外载扭矩与等效相互作用力之间的函数映射关系。4.根据权利要求1所述的一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，其特征在于，步骤S2中，所述轴承座支承反作用力表示为：其特征在于，步骤S2中，所述轴承座支承反作用力表示为：其中，b代表轴承，i代表齿轮，j＝1,2,3,4,5,6，它们的含义各自是1和2分别代表主齿轮两端的轴承，3和4分别代表分扭齿轮1两端的轴承，5和6分别代表分扭齿轮2两端的轴承，F
bxj
(j＝1,2,3,4,5,6)是各个齿轮轴上齿轮处弯曲变形形成的集中力引起的轴两端支承轴承处的轴的支承反力在x轴方向上的投影，F
byj
(j＝1,2,3,4,5,6)是各个齿轮轴上齿轮处弯曲变形形成的集中力引起的轴两端支承轴承处的轴的支承反力在y轴方向上的投影，k
si
(i＝m,1,2)是齿轮处轴的弯曲刚度，c
si
(i＝m,1,2)是齿轮处轴的弯曲阻尼，δ
ix
(i＝m,1,2)是齿轮轴在x轴方向上的弹性弯曲变形量，δ
iy
(i＝m,1,2)是齿轮轴在y轴方向上的弹性弯曲变形量，是齿轮轴在x轴方向上的弹性弯曲变形量的速度，是齿轮轴在y轴方向上的弹性弯曲变形量的速度，τ
j
＝l
ij
/l
i
，l
ij
(i＝m,1,2,j＝1,2,3,4,5,6)是齿轮旋转中心与其两端支承轴承旋转中心的距离，l
i
(i＝m,1,2)是各个齿轮轴在两个支承轴承旋转中心之间的长度。
5.根据权利要求1所述的一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，其特征在于，步骤S3中，根据主齿轮与分扭齿轮之间的相互作用力形式确定主齿轮与分扭齿轮之间的啮合刚度和啮合相互作用力之间的关系，所述关系为：齿轮之间的啮合刚度和啮合相互作用力之间的关系，所述关系为：齿轮之间的啮合刚度和啮合相互作用力之间的关系，所述关系为：其中，F
mnx
(t)(n＝1,2)是F
mn
(t)(n＝1,2)在x轴方向上的投影，F
mny
(t)(n＝1,2)是F
mn
(t)(n＝1,2)在y轴方向上的投影，M
mn
(t)(n＝1,2)是F
mn
(t)(n＝1,2)的作用下产生的相互作用扭矩，k
mn
(n＝1,2)是主齿轮与各个分扭齿轮啮合副的时变啮合刚度，c
mn
(n＝1,2)是主齿轮与各个分扭齿轮啮合副的时变啮合阻尼，δ
mn
(n＝1,2)是主齿轮与各个分扭齿轮啮合对之间沿啮合线方向的相对位移，是主齿轮与各个分扭齿轮啮合对之间沿啮合线方向的相对速度，α
mn
(n＝1,2)分别为主齿轮与各个分扭齿轮在各自啮合线方向与水平方向上的夹角，r
i
(i＝m,1,2)分别为主齿轮和各个分扭齿轮的基圆半径。6.根据权利要求1所述的一种分扭齿轮系统多自由度耦合集中参数模型的建模方法，其特征在于，步骤S3中，根据主齿轮与分扭齿轮之间的相对位置关系确定啮合线方向的相对位移与齿轮位移的关系，所述关系为：δ
m1
＝(x
m
‑
x1)sinα
m1
+(y
m
‑
y1)cosα
m1
+u
m
‑
u1+e
m1
(t)δ
m2
＝(x
m
‑
x2)sinα
m2
+(y
m
‑
y2)cosα
m2
+u
m
‑
u2+e
m2
(t)其中，δ
mn
(n＝1,2)是主齿轮与各个分扭齿轮啮合对之间沿啮合线方向的相对位移，x
i
(i＝m,1,2)分别是主齿轮与各个分扭齿轮在x轴方向上的位移量，y
i
(i＝m,1,2)分别是主齿轮与各个分扭齿轮在y轴方向上的位移量，u
i
(i＝m,1,2)分别是主齿轮与各个分扭齿轮在扭转方向上的位移量，α
mn
(n＝1,2)分别为主齿轮与各个分扭齿轮在各自啮合线方向与水平方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晔文，丁康，钟玉华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
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