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结构柔性对功率三分支减速器动态特性的影响分析

严海 文立华 曹浩 宋文

严海, 文立华, 曹浩, 等. 结构柔性对功率三分支减速器动态特性的影响分析[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(4): 630-637 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0041
引用本文: 严海, 文立华, 曹浩, 等. 结构柔性对功率三分支减速器动态特性的影响分析[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(4): 630-637 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0041
YAN Hai, WEN Lihua, CAO Hao, SONG Wen. Analysis of the Effect of Structural Flexibility on Dynamic Characteristics of Power Tri-branching Reducers[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(4): 630-637. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0041
Citation: YAN Hai, WEN Lihua, CAO Hao, SONG Wen. Analysis of the Effect of Structural Flexibility on Dynamic Characteristics of Power Tri-branching Reducers[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(4): 630-637. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0041

结构柔性对功率三分支减速器动态特性的影响分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0041
详细信息
    作者简介:

    严海:严 海(1984-), 男, 在读博士, 高级工程师, 主要研究方向为总体结构设计与振动噪声控制

  • 中图分类号: TJ63; U674.941

Analysis of the Effect of Structural Flexibility on Dynamic Characteristics of Power Tri-branching Reducers

  • 摘要: 为研究箱体、轴和花键联轴器的结构柔性对齿轮啮合刚度和传动系统动力学响应的影响, 对比不同建模方式之间的差异, 文中以功率三分支减速器为研究对象, 建立了全柔体耦合动力学模型以及将不同部件考虑为刚性的动力学模型, 采用时域和频域分析方法, 研究了结构柔性对齿轮啮合刚度和传动系统动力学响应的影响规律。研究结果表明: 部件柔性对齿轮啮合刚度的影响可以忽略; 箱体柔性对系统振动特性影响较大, 尤其当箱体模态与啮频重合或接近时, 共振会使系统振动响应幅值显著增大; 忽略轴的柔性可能导致部分啮频谱线丢失; 花键联轴器柔性仅影响其连接轴的振动特性, 对系统其他部分的振动响应影响较小。因此根据分析目的的不同, 需要采用不同的分析模型。分析啮合刚度时, 仅需要建立刚体模型; 而分析系统振动特性时, 则需要使用全柔体模型。

     

  • 图  1  功率三分支齿轮传动系统

    Figure  1.  Power tri-branching gears transmission system

    图  2  减速器拓扑结构图

    Figure  2.  Topology diagram of the reducer

    图  3  啮合力模型

    Figure  3.  Model of mesh force

    图  4  轴子结构模型

    Figure  4.  Model of shaft substructure

    图  5  箱体有限元模型与MPC连接

    Figure  5.  Box finite element model and MPC connection

    图  6  输入级齿轮副啮合刚度

    Figure  6.  Mesh stiffness of input stage gear pair

    图  7  分流级和汇流级齿轮副啮合刚度

    Figure  7.  Mesh stiffness of split and combiner stage gear pairs

    图  8  轴1左端轴承处振动频谱图

    Figure  8.  Vibration spectrum at the left bearing of shaft 1

    图  9  轴2左端轴承处振动频谱图

    Figure  9.  Vibration spectrum at the left bearing of shaft 2

    图  10  轴3B左端轴承处振动频谱图

    Figure  10.  Vibration spectrum at the left bearing of shaft 3B

    图  11  轴4B左端轴承处振动频谱图

    Figure  11.  Vibration spectrum at the left bearing of shaft 4B

    图  12  轴5左端轴承处振动频谱图

    Figure  12.  Vibration spectrum at the left bearing of shaft 5

    表  1  齿轮参数表

    Table  1.   Parameters of gears

    齿轮模数/mm齿数螺旋角/(°)齿宽/mm变位系数
    z12.51516330
    z2-12.51816330.440
    z2-22.55016330.144
    z3i2.56216330
    z4i3.02516400.300
    z53.06716400
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    表  2  传动系统模型类型

    Table  2.   Types of transmission system models

    模型序号 箱体柔性 轴柔性 花键联轴器柔性
    模型I
    模型II
    模型III
    模型IV
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    表  3  减速器各部件材料属性

    Table  3.   Material properties of reducer components

    组件 材料 密度
    /(kg/m3)
    弹性模量
    /MPa
    泊松比
    箱体 20Cr13 7 750 200 0.32
    18Cr2Ni4WA 7 910 210 0.30
    花键轴 18Cr2Ni4WA 7 910 210 0.30
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    表  4  额定工况下啮合频率

    Table  4.   Mesh frequencies under rated working condition

    传动级啮合齿轮副符号啮频/Hz
    输入级z1-z2-1f13 230
    分流级z2-2-z3A、z2-2-z3B、z2-2-z3Cf28 010
    汇流级z4A- z5、z4B- z5、z4C- z5f312 500
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-03-03
  • 修回日期:  2025-03-13
  • 录用日期:  2025-03-17
  • 网络出版日期:  2025-07-23

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