論文名稱：行星輪系齒輪嚙合非線性激勵建模和振動特征研究

論文作者：重慶大學 / 陳再剛

指導教師：邵毅敏 《研究領域: 信號處理、噪聲分析與模式識別；設備故障診斷、智能化監控與殘余壽命預測技術；精密傳動與系統集成技術。》

高功率小體積行星齒輪傳動是國防、航空航天、能源、交通運輸等行業迫切需要的核心關鍵系統與裝置。其內部齒輪嚙合復雜非線性激勵是導致齒輪早期失效的重要因素之一，其內部非線性激勵建模和計算方法是研制高功率小體積傳動系統不可或缺的理論和方法。因此，研究行星輪系齒輪嚙合非線性激勵機理、建模和振動響應特征，具有很高的理論價值和重要的工程意義。

行星齒輪傳動系統具有振動信號的多種調制模式相互混淆、振源復雜及傳輸路徑變化導致的振動信號相位和幅值非線性變化等眾多獨特振動特征，迫切需要發展能解釋上述現象和特征的行星輪系內部非線性激勵模型及相應的算法。本論文針對行星輪系齒輪嚙合的非線性激勵建模與振動特征問題，開展了系列研究工作，主要包括：

①針對齒輪嚙合剛度、輪齒誤差等齒輪內部嚙合激勵問題，基于“剛度與輪齒誤差相互作用”的思想，提出了行星輪系齒輪嚙合剛度與輪齒誤差耦合非線性激勵計算模型。新模型克服了傳統嚙合剛度計算模型無法考慮齒廓修形而引起的嚙合剛度過渡區“階躍”突變問題，解決了剛度“階躍”突變引起的額外動態沖擊的難題，為精確分析行星輪系非線性振動響應特征奠定了重要的理論基礎；

②針對柔性齒圈變形引起的輪齒嚙合位置變化與輪齒誤差耦合的非線性剛度計算難題，提出了柔性齒圈內嚙合剛度非線性激勵計算新方法，解決了目前內嚙合齒輪副內部激勵算法的計算速度和精度問題，同時從理論上揭示了行星輪系柔性齒圈的多模式混淆振動現象；

③針對真實齒根裂紋空間曲面變化帶來的齒輪嚙合剛度激勵計算難題，基于“裂紋區域切片”與“積分”計算嚙合剛度的新思路，提出了“切片式”齒根空間曲面裂紋剛度激勵計算新模型和新方法，突破了齒根空間曲面裂紋輪齒剛度的計算難題，為精確分析輪齒齒根裂紋的振動響應特征提供了新的理論與方法；利用“背靠背”行星齒輪實驗臺驗證了提出的理論模型與分析結果的正確性。

④針對開式齒根裂紋輪齒塑性偏轉變形的動態激勵計算尚無精確算法的問題，基于“輪齒塑性偏轉角”的思想，建立了輪齒塑性偏轉變形的非線性動態激勵精確計算模型，解決了齒根開式裂紋存在輪齒塑性偏轉變形影響嚙合剛度激勵與輪齒誤差激勵計算的難題。