复式行星排动力特性及其止推垫圈磨损特性研究

论文摘要

复式行星排在机械传动系统特别是车辆自动变速器中获得了广泛应用，其性能的好坏对自动变速器具有重要影响。如何减振降噪、如何提高均载效果是复式行星排动力特性研究的主要内容，而在直齿复式行星排的应用中，存在着行星轮与行星架止推垫圈间的严重磨损问题，机理不明。因此，对复式行星排的动力学特性及止推垫圈的磨损特性进行研究，是提高自动变速器性能的重要课题。第一章对复式行星排的应用进行了介绍，然后阐述了论文的研究背景及研究意义。接下来对以往研究工作进行了总结，着重综述了行星齿轮传动固有振动、均载特性、止推垫圈轴向力及磨损的研究现状，为本文开展研究指明了方向。最后介绍了本文的研究思路及主要研究内容。第二章建立了复式行星排动力学模型。首先建立了复式行星排模型的动坐标系；然后在考虑啮合副的时变啮合刚度、齿形误差及行星轮啮合相位等因素的基础上，建立了复式行星排各构件振动微分方程；最后，将各个构件的动力学方程综合获得系统的弹性动力学模型，为后续研究打下理论基础。第三章对第二章建立的系统模型简化为自由振动模型，求解了系统的固有振动频率及振型，将各工况下的固有振型分为三类：中心构件扭转振动模式、中心构件平移扭摆振动模式和（双）行星轮振动模式。接着分析了系统固有频率对各主要参数的灵敏度，研究了各参数影响下的固有频率模态跃迁现象。最后，研究了齿轮副时变啮合刚度及陀螺效应对系统固有频率的影响。第四章分析了影响均载特性的时变和时不变误差，对第二章方程进行了补充修正，确定了复式行星排均载特性的衡量参数；然后研究了主要误差、运行条件、支撑刚度、啮合刚度时变性及行星轮个数对行星排均载特性的影响，并进行了试验研究。第五章通过试验对直齿复式行星排行星轮与行星架间轴向作用力问题进行了研究分析，获得了轴向作用力与径向作用力的关系，并对轴向力产生机理进行了分析。第六章介绍了垫圈的工作环境及工作状态，然后建立了垫圈的热负荷模型，通过有限元法对垫圈的温度场及其影响因素进行了研究，最后对垫圈的热-结构耦合特性进行了研究。第七章对全文工作进行了总结，并对进一步的工作进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自动变速器及行星排概述
• 1.2.1 自动变速器概述
• 1.2.2 行星齿轮自动变速器概述
• 1.2.3 行星排概述
• 1.3 课题来源、背景及研究意义
• 1.4 行星排动力特性及止推垫圈磨损研究现状
• 1.4.1 行星排固有振动特性研究现状
• 1.4.2 行星排均载特性研究现状
• 1.4.3 行星排性能试验研究现状
• 1.4.4 行星排止推垫圈磨损研究现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 复式行星排系统动力学建模
• 2.1 引言
• 2.2 复式行星排模型及坐标系的选择
• 2.2.1 复式行星排建立的基本假设
• 2.2.2 复式行星排动力学模型
• 2.3 动坐标系中加速度及扭摆振动方程的建立方法
• 2.3.1 动坐标系中的加速度
• 2.3.2 复式行星排扭摆振动分析及其方程的建立方法
• 2.4 复式行星排内激励分析
• 2.4.1 时变啮合刚度激励
• 2.4.2 齿轮齿形误差激励
• 2.5 啮合副弹性变形分析
• 2.5.1 大齿圈、短行星轮啮合副
• 2.5.2 小齿圈、长行星轮啮合副
• 2.5.3 太阳轮、长行星轮啮合副
• 2.5.4 长、短行星轮啮合副
• 2.6 复式行星排弹性动力学方程
• 2.6.1 大齿圈构件
• 2.6.2 小齿圈构件
• 2.6.3 太阳轮构件
• 2.6.4 短行星轮构件
• 2.6.5 长行星轮构件
• 2.6.6 行星架构件
• 2.6.7 动力学方程的简化
• 2.7 本章小结
• 第三章 固有振动特性及参数灵敏度研究
• 3.1 引言
• 3.2 固有振动特性分析
• 3.2.1 双行星轮振动模式
• 3.2.2 中心构件扭转振动模式
• 3.2.3 中心构件平移扭摆振动模式
• 3.3 固有频率对参数灵敏度分析
• 3.3.1 系统固有特性对参数灵敏度的分析方法
• 3.3.2 固有频率对动力学参数灵敏度分析
• 3.4 模态跃迁分析
• 3.4.1 模态跃迁现象
• 3.4.2 模态跃迁现象理论分析
• 3.5 时变啮合刚度对系统固有频率的影响分析
• 3.6 陀螺效应对系统固有频率的影响分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 复式行星排均载特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 主要制造、装配误差分析
• 4.2.1 中心齿轮构件制造、装配误差分析
• 4.2.2 行星架及行星轮制造、装配误差分析
• 4.2.3 啮合副综合误差分析
• 4.3 复式行星排动力学方程修正及求解方法
• 4.3.1 复式行星排动力学方程修正
• 4.3.2 复式行星排动力学方程求解方法
• 4.4 影响复式行星排均载特性的参数研究
• 4.4.1 均载系数的计算方法
• 4.4.2 制造、装配误差对均载特性的影响
• 4.4.3 运行条件、刚度对均载特性的影响
• 4.4.4 行星轮个数对均载特性的影响
• 4.5 试验研究
• 4.5.1 试验方法
• 4.5.2 试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 复式行星排止推垫圈轴向力产生机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 行星轮结构及受力分析
• 5.3 轴向作用力试验研究
• 5.3.1 轴向力的测量方法
• 5.3.2 试验结果分析
• 5.4 轴向力产生机理分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 复式行星排止推垫圈热负荷研究
• 6.1 引言
• 6.2 垫圈的工作环境、工作状态及系统传热特性
• 6.2.1 垫圈工作环境、结构及工作状态
• 6.2.2 行星轮、垫圈及行星架系统的传热特性
• 6.3 垫圈的热负荷分析
• 6.3.1 热流密度的计算
• 6.3.2 热传导模型
• 6.3.3 热对流计算
• 6.4 垫圈摩擦热及温度场分析
• 6.4.1 摩擦热的影响因素
• 6.4.2 垫圈温度场分布规律
• 6.4.3 影响温度场的因素
• 6.5 热-应力耦合分析
• 6.5.1 模型的建立
• 6.5.2 仿真结果分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 创新点
• 7.3 工作展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 攻读博士期间发表（录用）的论文及参与的课题