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320
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320T鱼雷罐车传动机构设计机械设计,320,鱼雷,罐车,传动,机构,设计,机械设计
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8三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。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； 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 1.输出轴 2.输入轴 3.行星齿形、齿环板和轴的整体变形被考虑，轴和齿轮 4.齿轮箱 5.行星轴承的弹性变形忽略不计。每个行星轴承的刚度一 6.箱体轴承 7.外齿轮样，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，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，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 （1）式中：输入轴的转角；外齿轮的基圆半径；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；环板的质量中心到轴的距离；环板的质量中心到轴的距离；支承轴和输入轴间的距离；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：其中外齿轮的齿数；内齿轮的齿数；模数；输入轴的转速；压力角；偏心距；输入轴的角速度；重力加速度；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： （2）式中：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，很小的角度，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 （3） 我们得到： （4）式中：行星轴承的刚度；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）其中位移矢量和力矢量被定义为： 系数矩阵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SHQ40的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：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。 （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，可看出几何参数如对动态特性有很大的影响。为了优化几何参数，我们选择作为设计参数，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SHQ40三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SHQ40三环减速器的设计参数如下：1）在到间改变，且实际中心距从6.392mm变成6.800mm；2）输入轴、支承轴和偏心套的内孔直径从45mm变成50mm；3）在输出轴箱体轴承的外面套上一个mm的弹性套筒，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SHQ40三环减速器的样本。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B&K振动测试和放大系统、MR30磁带记录仪CF355频谱分析仪。图7和图8显示了输入轴和输出轴在，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41.9%，并且最大振动速度有效植也减少了41.1%。（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 原先的减速器改进后的减速器输入轴横坐标值13.735.09输入轴纵坐标值48.3921.83输出轴横坐标值5.4216.48输出轴纵坐标值48.6324.01支承轴横坐标值7.675.07支承轴纵坐标值10.4120.68 表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4.381.12输入轴纵坐标值14.325.89输出轴横坐标值1.375.29输出轴纵坐标值6.094.75支承轴横坐标值0.890.65支承轴纵坐标值3.054.58结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，使结构设计得到发展，该文设计和制造了SHQ
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