兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 156-164.doi: 10.12382/bgxb.2022.0861
所属专题: 特种车辆理论与技术
曾根1,2, 马长军2,3, 庞大千2,3,*(), 李同辉2,3, 张楠2
收稿日期:
2022-10-26
上线日期:
2023-02-10
通讯作者:
ZENG Gen1,2, MA Changjun2,3, PANG Daqian2,3,*(), LI Tonghui2,3, ZHANG Nan2
Received:
2022-10-26
Online:
2023-02-10
摘要:
机电复合传动系统作为未来传动形式的主要发展方向,有着传递功率大,运转速度高等特点。在运行过程中转子自身由于高转速所带来的振动会与行星齿轮啮合时产生的振动相互影响,从而形成转子-行星齿轮系统耦合振动过程。建立了机电复合传动转子-行星齿轮系统耦合振动动力学模型,分析了不同转速下转子-行星齿轮系统振动特性,开展了转子-行星齿轮系统模态分析并将模态分析结果与振动特性进行了对比,通过研究转子-行星齿轮系统的振动特性,揭示了系统振动随转速升高而增大,在经过一定转速区间时振动会维持在一定水平内,随着转速继续升高,系统振动又将逐渐增大。通过研究得到了齿轮系统与驱动电机转子耦合作用下的振动特性,为机电复合传动系统高速化设计提供了理论依据。
中图分类号:
曾根, 马长军, 庞大千, 李同辉, 张楠. 机电复合传动高线速转子-行星齿轮系统耦合振动特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 156-164.
ZENG Gen, MA Changjun, PANG Daqian, LI Tonghui, ZHANG Nan. Coupling Vibration Characteristics of High Linear Speed Rotor-planetary Gear Electro-mechanical Transmission System[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(1): 156-164.
部件 | 齿数 | 模数/ mm | 压力 角/(°) | 杨氏模量 E/(N·mm-2) | 泊松比 | 齿宽/ mm |
---|---|---|---|---|---|---|
太阳轮 | 37 | 3 | 20 | 2.07×105 | 0.29 | 20 |
行星轮 | 22 | 3 | 20 | 2.07×105 | 0.29 | 20 |
齿圈 | 79 | 3 | 20 | 2.07×105 | 0.29 | 20 |
转子 | 2.07×105 | 0.29 |
表1 转子-齿轮系统参数
Table 1 Rotor-gear system parameters
部件 | 齿数 | 模数/ mm | 压力 角/(°) | 杨氏模量 E/(N·mm-2) | 泊松比 | 齿宽/ mm |
---|---|---|---|---|---|---|
太阳轮 | 37 | 3 | 20 | 2.07×105 | 0.29 | 20 |
行星轮 | 22 | 3 | 20 | 2.07×105 | 0.29 | 20 |
齿圈 | 79 | 3 | 20 | 2.07×105 | 0.29 | 20 |
转子 | 2.07×105 | 0.29 |
主频幅值 | 无故障 齿轮 | 3mm裂纹 齿轮 | 升高 比率/% |
---|---|---|---|
实验值/(mm·s-2) | 0.098 | 0.1306 | ↑24.96 |
仿真值/(rad·s-2) | 26587 | 36454 | ↑27.06 |
表2 不同故障状态下实验与仿真结果
Table 2 Comparison between experiment at and simulatied results under the differen failur conditions
主频幅值 | 无故障 齿轮 | 3mm裂纹 齿轮 | 升高 比率/% |
---|---|---|---|
实验值/(mm·s-2) | 0.098 | 0.1306 | ↑24.96 |
仿真值/(rad·s-2) | 26587 | 36454 | ↑27.06 |
阶次 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
频率/Hz | 38.841 | 39.455 | 77.714 | 236.58 | 488.42 | 493.41 | 3446.4 | 4260.8 | 4344.3 | 4519.8 |
阶次 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
频率/Hz | 4743.7 | 4840.7 | 5011.8 | 5015.3 | 5240.1 | 5282.1 | 5953.5 | 6219.2 | 6670.2 | 6872.9 |
阶次 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
频率/Hz | 6913.8 | 7054.3 | 7058.8 | 7090.2 | 7148.8 | 7207.4 | 8035.6 | 8055.7 | 8182.5 | 8362.2 |
表3 高线速转子-行星齿轮系统前30阶模态分析结果
Table 3 First 30-order modal analysis results of the high linear speed rotor-planetary gear system
阶次 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
频率/Hz | 38.841 | 39.455 | 77.714 | 236.58 | 488.42 | 493.41 | 3446.4 | 4260.8 | 4344.3 | 4519.8 |
阶次 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
频率/Hz | 4743.7 | 4840.7 | 5011.8 | 5015.3 | 5240.1 | 5282.1 | 5953.5 | 6219.2 | 6670.2 | 6872.9 |
阶次 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
频率/Hz | 6913.8 | 7054.3 | 7058.8 | 7090.2 | 7148.8 | 7207.4 | 8035.6 | 8055.7 | 8182.5 | 8362.2 |
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