开题报告ppt-RV减速器动力学固有特性研究

指导老师： 学生姓名： 学 号：,机械工程学院,RV减速器动力学固有特性研究,2015届硕士论文答辩,5,摆线针轮传动啮合刚度,扭转振动的动力学模型,固有特性及灵敏度分析,模态分析及有限元接触分析,内容提要,总结与展望,结构紧凑、体积小承载能力高、刚度大,传动效率高传动精度高、可靠性高,传动比大、范围广传动平稳、噪声小,一、研究背景及意义,航空航天,纺织工业,RV减速器,工业机器人,仪器仪表,一、研究背景及意义,1-太阳轮；2-行星轮；3-曲柄轴；4(4)-摆线轮；5-针齿壳；6-输出盘；7-系杆,一、研究背景及意义,高速级为渐开线齿轮组成的K-H型差动轮系，由太阳轮1、径向均匀分布的n 个行星轮2和行星架7组成； 低速级为摆线齿轮组成的K-H-V型行星轮系，由径向均匀分布的n个曲柄轴3、两个对称布置的摆线轮4 、若干针齿5以及行星架7构成；输出盘6与行星架7固连为同一构件。,动力学研究现状存在的问题,动力学模型不够完善，不能对影响系统动力学特性的的参数进行较全面考察，特别是未考虑摆线轮偏心角度的变化对系统动力学的影响。,对影响系统固有频率的主要因素未形成一致的结论，没有定量研究主要因素对动态特性的灵敏度。也未考虑主要因素的非线性对系统的影响。,一、研究背景及意义,研究目标,一、研究背景及意义,二、摆线针轮传动啮合刚度,2.1.摆线轮齿廓的形成方法,二、摆线针轮传动啮合刚度,2.2. 摆线轮齿廓曲线的一般参数方程,Y,二、摆线针轮传动啮合刚度,2.3.摆线针轮单齿对啮合副的法向刚度,由赫兹理论可得到,单齿对啮合副法向刚度：,二、摆线针轮传动啮合刚度,2.4.摆线针轮传动扭转刚度,由扭转刚度与法向刚度的定义可得到单齿对扭转刚度：,摆线针轮传动扭转刚度：,叠加计算,三、扭转振动的动力学模型,3.1. RV减速器修正扭转振动的动力学模型的建立,采用集中参数法，系统简化后共含有1个输入轴、1个太阳轮、2个曲柄轴、2个行星轮、2个摆线轮和1个行星架，共11个集中质量。,考虑每个集中质量的扭转自由度，并进一步计入曲柄轴和摆线轮的公转切向自由度，共13个自由度。,矩阵形式的动力学方程为：,三、扭转振动的动力学模型,3.2. RV减速器动力学微分方程,X广义坐标向量，13维列向量；M广义质量矩阵，1313的对角方阵；K系统刚度矩阵，1313的对称方阵；F广义力向量，13维列向量。,四、固有特性及灵敏度分析,图4.2 系统的前七阶固有频率,4.1. RV减速器固有特性的计算分析,四、固有特性及灵敏度分析,4.1. RV减速器固有特性的计算分析,四、固有特性及灵敏度分析,表4.2 摆线轮偏心角度=0时系统前6阶振型,4.1. RV减速器固有特性的计算分析,由于RV减速器结构的对称性，行星类构件的奇数阶振型大小相同、方向一致,偶数阶振型呈现行星轮振动模式：即中心类构件振型等于0；行星类构件两两振型分别大小相同、方向相反，即其振型分量相加为零。,四、固有特性及灵敏度分析,4.2. RV减速器一阶固有频率的主要影响因素,四、固有特性及灵敏度分析,4.2. RV减速器一阶固有频率的主要影响因素,四、固有特性及灵敏度分析,4.2. RV减速器一阶固有频率的主要影响因素,四、固有特性及灵敏度分析,4.3.结构动态特征灵敏度分析理论,灵敏度分析方法主要有两种，直接求导法和伴随结构法，本文采用直接求导法,由模态理论有：,令式(4-19)两端对结构参数Pj求偏导并整理可得到特征值的量纲一灵敏度为：,(4-17),(4-18),(4-19),四、固有特性及灵敏度分析,4.4.系统固有频率对转动惯量的灵敏度,固有频率对行星架和曲柄轴的转动惯量最为敏感，特别是第1阶固有频率对行星架转动惯量的敏感度相对较大，因此在设计和动态优化应尽可能减小其转动惯量，从而提高系统第1阶固有频率，避免其与系统转频及啮频相近而引发共振现象。,结论：,四、固有特性及灵敏度分析,4.5.系统固有频率对刚度的灵敏度,固有频率对转臂轴承和支撑轴承的刚度最为敏感，特别是一阶固有频率对支撑轴承刚度的敏感度相对较大，表明两者的刚度对系统固有特性的影响程度最为显著。,图4.11 系统前4阶固有频率对刚度的灵敏度,结论：,图5.3 输入轴模态分析的边界约束,五、模态分析与有限元接触分析,5.1.输入轴的模态分析,经计算输入轴的啮合频率为250Hz，输入轴固有频率远大于啮合频率，输入轴不会发生共振。,表5.3 输入轴的前15阶固有频率,五、模态分析与有限元接触分析,5.1.输入轴的模态分析,分析可知：输入轴若发生共振时，太阳轮端可能会产生沿X、Y轴方向左右摇摆振动以及绕Z轴的扭转振动。,图5.4 输入轴第1阶模态,图5.6 输入轴第4阶模态,图5.9 输入轴第11阶模态,表5.4 输入轴前15阶振型特点,图5.3 曲柄轴模态分析的边界约束,五、模态分析与有限元接触分析,5.2.曲柄轴的模态分析,经计算曲柄轴的啮合频率为250Hz，曲柄轴固有频率远大于啮合频率，曲柄轴不会发生共振。,表5.5 曲柄轴的前15阶固有频率,五、模态分析与有限元接触分析,5.2.曲柄轴的模态分析,分析可知：曲柄轴若发生共振时，行星轮端可能会产生沿X、Y轴方向左右摇摆振动以及绕Z轴的扭转振动；偏心套部分可能产生弯曲破坏性变形,图5.4 曲柄轴第1阶模态,图5.6 曲柄轴第8阶模态,图5.9 输入轴第10阶模态,表5.6 曲柄轴前15阶振型特点,图5.19 添加Force约束,五、模态分析与有限元接触分析,5.3.摆线针轮的有限元接触分析,摆线针轮传动过程中，摆线轮既做自转运动，又做公转运动。其有限元接触分析的难点在于如何定义符合实际情况的边界条件。综合参考相关文献和充分分析传动原理，添加如图的边界条件和力约束。,图5.19 添加边界条件,图5.21 接触分析的等效应变云图,五、模态分析与有限元接触分析,5.3.摆线针轮的有限元接触分析,要想模拟摆线针轮传动的扭转刚度，需要求得摆线针轮的扭转角，因此在变形云图中插入自定义结果，选择圆柱坐标系，定义表达式“Expression= uy/r”(其中uy为周向变形量，r为力作用点半径)，表达式输出即为扭转角度,图5.20 接触分析的等效应力云图,五、模态分析与有限元接触分析,5.3.摆线针轮的有限元接触分析,分析可知：两者数值比较相符，表明摆线针轮啮合刚度的数学模型是正确的。,图5.22 接触分析的自定义扭转角变形云图,表5.8 扭转刚度的计算与仿真结果对比,1）分析了摆线轮外摆线齿廓曲线的生成方法；推导了外摆线齿廓 的参数方程；利用赫兹理论对摆线针轮传动部分的啮合刚度进行 了研究，建立了其扭转刚度模型，推导出其计算公式；,刚度模型,动力学模型,固有特性分析,动力学仿真,2）首次考虑摆线轮偏心角度的变化对系统的影响因素，利用集中参数法建立了RV减速器的修正扭转动力学模型；,3）计算了系统的固有频率及主阵型，结果表明摆线轮偏心角度的变化只对系统的偶数阶固有特性参数影响；4）定量研究了系统各刚度的变化对系统一阶固有特性的影响，分析出影响系统一阶固有频率的主要因素；5）对系统主要刚度和转动惯量进行了灵敏度分析；,6）对高速级零件的振动特性进行了模态分析，分析其最大变形情况，研究了其发生共振的可能性；7）对摆线针轮传动部分扭转变形进行了模拟仿真，计算出其啮合刚度，验证了摆线针轮传动啮合刚度模型的正确性；,六、总结与展望,刚度模型,动力学模型,固有特性分析,动力学仿真,六、总结与展望,6.