外文翻译--三环减速器的振动控制和试验 中文版

1 三环减速器的振动控制和试验 摘要 本文 在理论和实验中对三环减速器进行 了 研究。为了提高动态特性和减少振动和噪声，在动态特性设计参数的灵敏度分析的基础上， 优化系统几何参数 ，通过优化结果使减速器的结构进一步改进，然后设计和制造减速器的样本。通过振动测试，比较初始的和改进的减速器，使结构改进的效果得到验证 。 关键词 ： 三环减速器 ， 动态分析 ， 振动控制 介绍 三环减速器是一种 新型齿轮传动装置 ，它在过去十年中得到了很大发展 。它采用 了多 个 机构的平行轴的概念 。这种齿轮传动装置有很多特点，比如结构简单、紧凑，效率高，并且能 通过单轴或两平行 输入轴来传递能量 。作为内啮合的渐开线 齿轮，形成了多齿啮合，所以齿轮传动的承 载 能力很高。 和硬齿相比较， 三环减速器 的 软齿 啮合 的花费更低。三环减速器 的标准 被引入到冶金工业部门中，并且它在工业中被广泛的使用，产生了巨大的经济效益。 三环减速器问世只有十年，直到现在 三环减速器齿轮传动装置的设计仍采用模拟方法，还没有一套完整的设计理论 ，特别是通过最 基本的单轴输入来传递能量，在传递过程中仍然存在严重的振动和噪声 ， 在高速和加载的情况下这些问题 尤为突出，使得它在工业中的广泛应用受到限制。所以 在理论和实验中对齿 轮传动的分析是必要的，目的是为了提高动态特性和减少振动和噪声。 三环减速器传动原理 三环减速器是一种典型的内啮合少齿差行星齿轮传动装置。基本 结构如图一所示。输出轴上的外齿轮与三个内齿轮同时啮合。齿轮啮合的相位差为 120 。传动原理为：当输入轴转动时，行星齿轮同时运动， 它们 不是作曲线摆动，而是通过双曲柄机构作平行圆周运动，使力矩通过输出轴输出，并且 使 减速机 的结构得到简化， 获得大传动比和高效率。 三环减 速器动态分析的目的是为了理解它的传动原理、动态特性、轴承承 载力和啮合力的 分配、动态特性的几何参数的影响等等。通过以上分析，我们能正确的设计三环 2 减速器，提高动态特性和减少振动。当减速器的转速很低时，各运动副的摩擦很小，作为一个传动系统，各轴和齿轮的弹性变形很小 。所以为了简化分析过程，在我们 建立动态分析模型之前， 给出 一些假设 。 1）所有运动副中的摩擦忽略不计，行星 齿轮的相位差为 120 ； 图一 三 环减速器基本结构 2）各部分变形很小，只有齿轮的接触变 形、齿环板和轴的整体变形被考虑，轴和齿轮 的弹性变形忽略不计。每个行星轴承的刚度一 样，并且啮合刚度也一样。 3）偏心套轴承的受力点被认为在轴承孔的中心线上。 分析动态特性 三环减速器是一种典型的内啮合少齿差行星齿轮传动装置，并且在三相上有双输入曲柄机构作平行运动。由于相位差为 120 ，在一个运动周期中每相的各部分加载条件是相同的 。 所 以 我 们 能 只 分 析 一 块 齿 环 板)3,2,1( 齿环板的受力分析如图二所示。通过动态和静态平衡的方法，基本动态分析方 图二 分析受力模型 程被表示为 0132co s C x x jA x j 0132s i n jC y y jA y j 3 0132c o i o i x y j（ 1） 式中： 输入轴的转角； 1 外齿轮的基圆半径； 2 内齿轮的基圆半径； 齿轮的啮合角； 环板的重力； 环板的惯性力； 环板的质量中心到 x 轴的距离； 环板的质量中心到 y 轴的距离； 1d 支承轴和输入轴间的距离； 2d 输出轴和输入轴间的距离； 内齿环板上的平均啮合力 其它一些内容如图 2 所示。 对于每块环板，我们得出： 21222223213213212321c o sc o 00其中 1Z 外齿轮的齿数； 2Z 内齿轮的齿数； m 模数； n 输入轴的转速； 压力角； 4 e 偏心距； 输入轴的角速度； g 重力加速度； 2m 齿环板的质量 通过输出轴和支承轴的平衡条件，得出下面方程： 0)1(32c o i (32s i n)1(32c o y jC x x jB y j（ 2） 式中：0T 输出扭矩 在方程（ 1）和（ 2）中，有 18 个未知量，但是机构的平衡方程数量只有 11233 个，所以系统存在过约束，并且方程无法得到解，所以必须采用位移协调原理来解决。 假设输入轴在一定转角下被固定，在外力作用下，每块环板移动很小的距离小的角度j，支承轴和输出轴相对于它们的理论位置转过很小的角度 ， ，我们认为轴的受力点在中心线上，则 )1(32s in )1(32co s1 )1(32s （ 3） )1(32co 我们得到： （ 4） 式中： 行星轴承的刚度； 5 啮合刚度 根据位移协调原理，我们得到对应的三环减速器动态方程为： （ 5） 其中位移矢量 X 和力矢量 Q 被定义为： , 321332211 0,0),240s i n (),120s i n (,s i n),120s i n (),240c o s (),120s i n (),120c o s (,s i n,c o s系数矩阵 B 是系统几何参数和位置的函数，通过解非线性方程，我们能够分析动态特性。图（ 3）至图（ 5）是型号为 三环减速器的计算结果。 图三 改变啮合力 图四 齿环板中心加速度 它的参数为： ,2000,30,400,190,0,5mi n ,/1000636000202121 ， 750,/400 21 在图中实线代表水平方向的结果，虚 线代表垂直方向的的结果。 6 （ a）输入轴行星轴承 （ b）支承轴行星轴承 图五 行星轴承所承受的负荷 结构改进 当分析传动系统的动态特性时，我们发现在一定程度上系统参数对动态特性有 影响，所以这些参数能够被优 化，以提高驱动系统的动态特性。从几何参数对动态特性的影响，可看出 几何参数如,1， 对动态特性有很大的影响 。为了优化几何参数，我们选择,1， 作为设计参数，来使所有轴承的最大动态载荷 在 一个周期内最低，同时 减速器的性能、几何边界、强度和干扰的限制都因相同的加载、传动比和中心距而得到满足。 通过 环减速器的最佳结果，并且考虑到减速器的实际结构 特征，以不过载为先决条件，改变 环减速器的设计参数如下： 1）在 改变 ，且实际中心距从 成 2）输入轴、支承轴和偏心套的内孔直径从 45成 50 3） 在输出轴 箱体轴承的外面套上一个 3160 弹性套筒，它的材料是聚四氟乙烯； 4）根据各轴的不同尺寸，各行星 轴承、偏心套和箱体轴承的轴孔都改变。 通过上述方法来设计和制造 环减速器的样本。 实验研究 为了 验证上述提到的理论分析和 设计 改进的效果，比较改进和 原先的减速器，在齿轮传动测试中进行振动实验。减速器上分配的 测试点如图 6 所示。在实验中，使用了 7 B&K 振动测试和放大系统、 带记录仪 355 频谱分析仪。图 7 和图 8 显示了输入轴和输出轴在 000 t ， 97时箱体轴承的加速度分布。 这些振动信号 显示了频谱范围和结构共振的周期性冲击激励。从图 7 中我们得出改进后减速器振动的振幅明显减少了，从图八中可以得出改进后减速器高频振动的影响减少了很多。 轴承的振动速度有效值 和振动加速度的振幅列在 测试点的分布 表 1和表2 中。从这些表中很清楚看到改进后箱体 图六 轴承的最大振动加速度减少了 并且最大振动速度有效植也减少了 （ a）原先的减速器 （ b）改进后的减速器 图 7 输入轴的垂直角速度 （ a）原先的减速器 （ b）改进后的减速器 图 8 输入轴在垂直方向上的频率分析 表 1 箱体轴承的振动加速度 )/( 2 8 原先的减速器 改进后的减速器 输入轴横坐标值 入轴纵坐标值 出轴横坐标值 出轴纵坐标值 承轴横坐标值 承轴纵坐标值 2 振动速度的有效值 )/( 原先的减速器 改进后的减速器 输入轴横坐标值 入轴纵坐标值 出轴横坐标值 出轴纵坐标值 承轴横坐标值 承轴纵坐标值 论 该论文 利用了刚体力学的方法，通过位移协调原理来确定机构中的各部分 受力，然后利 用结构力学的方法来建立和计算系统动态模型。在动态特性 设计参数的灵敏度分析的基础上，系统几何参数得到优化，通过优化减速器的 结构，使结构设