行星传动系统的振动特性研究

    0 引言

    行星传动系统具有结构紧凑,传动范围大,承载能力强等特点,广泛应用于航空机械、重型机械、汽车等行业。由于行星传动系统在实际工作时可能发生共振、变形,导致行星传动系统的寿命降低,影响传动的平稳性及准确性,所以设计行星传动系统,不仅要使其满足刚度和强度条件,而且要避免其发生共振。

    在此之前,多篇文章对行星传动系统的振动进行了研究,如王王君等[1-3]对行星传动系统进行了模态研究,王世宇以解析形式给出三种振动模式固有频率的统计量计算方法[4],但这些研究并没有给出行星传动系统结构形式改变对振动特性的影响。本文中我们选择某一2K-H行星传动系统为例,用Pro/E对该行星传动系统进行三维建模并进行虚拟装配,应用Work-bench软件进行模态分析,全面了解行星传动系统的振动特性。在分析行星传动系统的振动特性基础上,进一步研究太阳轮浮动以及行星轮个数对振动特性的影响,为行星传动系统的进一步设计提供依据。

    1 振动频率分析及建模

    1.1 振动频率分析

    该行星传动系统主要设计参数如表1所示。

    工程上规定当固有频率落在啮合频率10%范围内容易导致振动,当固有频率与啮合频率发生重叠时产生共振[5]。通过研究传动系统的固有频率,从而避免发生共振。因而研究行星的振动特性是设计行星传动齿轮的关键所在。

    齿轮啮合频率为转轴旋转频率乘以齿轮齿数f=nzszr/[60(zs+zr)]。

    式中,f为啮合频率,Hz;zs为太阳轮齿数;zr为内齿圈齿数;n为输入转速,r/min。

    所以可以根据公式算出太阳轮的啮合频率f=nzszr/[60(zs+zr)]=367.55 Hz。

    1.2 行星传动系统模型的建立

    由于Workbench中实体建模的困难性,用Pro/E对该行星传动系统建模并装配[6],行星传动系统实体三维模型如图1所示。

    2 行星传动系统的模态分析

    2.1 实体模型的导入

    将Pro/E中的实体模型导入Workbench中,导入后的行星传动系统模型如图2所示,设置齿轮之间的接触关系。因为行星架与行星轮是通过销轴连接,设置好两者的接触关系。

    2.2 模型材料属性的设置及网格划分

    在Engineeringdata按表1设定好材料的密度、弹性模量、泊松比。然后对模型进行网格划分,本文中我们采用了自由网格划分,共有132 423个单元,230 512个节点。网格划分结果如图3所示。

    2.3 对模型施加自由度约束