摘 要

船用齿轮箱传动系统作为推进动力装置中重要设备之一，起着传递动力、控制转速、改变船舶航向的作用，其性能将直接影响航行中船舶的可靠性。由于渐开线齿轮本身的结构特点，决定了其在工作过程中的动态特性，引起了齿轮的振动。因此，学习研究齿轮动力学的动态特性，有助于了解齿轮振动及噪声的产生机理。

本文研究动力传递过程中齿轮传动系统动力学的动态特性。首先建立了斜齿轮传动系统的几何结构模型，接着将其导入ADAMS中，建立斜齿轮传动系统虚拟样机进行求解计算，最后验证得到的运动学、动力学仿真结果，说明虚拟样机建立的正确性。仿真结果验证了：斜齿轮在动力传动的过程中，存在着周期性变化的啮合力，导致齿轮传动系统振动及速度、加速度周期性波动。本文探索了一种斜齿轮传动系统虚拟样机的建立方法，为下一步更好的研究齿轮动力学奠定了基础。

关键词： 斜齿轮传动系统；虚拟样机；动力学；仿真

Abstract

The marine gearbox drive system is one of the important equipment in the propulsion power unit. It plays the role of transmitting power, controlling the speed, changing the ship's course and its performance will directly affect the ship's reliability in navigation. The structural characteristics of the involute gears determine the dynamic characteristics of the gears at run time and cause the vibration of the gears. Therefore, learning to study the dynamic characteristics of gear dynamics, help us understand the gear vibration and noise generation mechanism.

This paper studies the dynamic characteristics of the dynamics of gear drive system during power transmission. Firstly, the geometrical model of the helical gear transmission system is established, then it is introduced into ADAMS, and the virtual prototype of the helical gear transmission system is established. Finally, the kinematic and dynamic simulation results are verified, and analysis the correctness of the virtual prototype established. The simulation results show that there are periodic meshing forces in the process of power transmission, which leads to vibration and the periodic fluctuation of the velocity and acceleration of the gear transmission system. This paper explores a method of establishing a virtual prototype of helical gear drive system, which lays the foundation for further research on gear dynamics.

Keywords: the helical gear transmission system; virtual prototype; dynamics; simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文的研究内容和技术路线 2

第2章 基于Pro/E的齿轮传动系统建模 4

2.1 Pro/E 软件简介 4

2.2 斜齿轮参数化建模 4

2.2.1 斜齿轮的参数 4

2.2.2 斜齿轮的创建 5

2.2.3 斜齿轮参数化 9

2.3 齿轮传动系统的建模和装配 9

2.3.1 传动系统简化分析 9

2.3.2 传动系统建模和装配 10

2.4 本章小结 12

第3章 基于ADAMS的虚拟样机的建立 13

3.1 Adams软件简介 13

3.2 齿轮啮合动力学方程 13

3.3 传动系统约束定义 14

3.4 ADAMS接触定义方法 15

3.4.1 接触力 15

3.4.2 接触刚度系数 17

3.5 动力学仿真参数设置 17

3.5.1 输入输出参数 17

3.5.2 接触力参数设置 18

3.5.3 仿真参数设置 18

3.6 本章小结 19

第4章 仿真结果分析 20

4.1 运动学结果分析 20

4.2 动力学结果分析 21

4.3 误差分析 22

4.4 本章小结 24

第5章 结论与展望 25

5.1 结论 25

5.2 展望 25

参考文献 27

致谢 28

绪论

研究目的及意义

随着世界经济的持续发展，船舶在国际货物运输中占着越来越重要的地位，也不断受着各个国家的重视。我国目前虽然是船舶工业大国，但距离船舶工业强国仍有一段距离。一直以来，我国的船舶零件国产化率较低，国产船用齿轮箱的技术水平与国际先进水平有较大差距 。船用齿轮箱传动系统作为船舶推进动力装置中重要设备之一，起着传递动力、控制转速、改变船舶航向的作用，其性能将直接影响航行中船舶的可靠性与推进效率。齿轮系统在船舶上常受到较大的弯曲力、扭转力以及冲击力的共同作用，引起的振动对齿轮传动的精度和平稳性产生较大的影响，进而导致动力输出效率下降，船舶可靠性降低。齿轮系统动力学是研究齿轮系统在传递动力和运动过程中的动力学行为的一门科学^[1]。因此，加强船用齿轮箱传动系统动力学的研究，分析齿轮传动系统的动态特性，可用于指导我国船用齿轮箱的设计制造。

齿轮传动具有功率范围大、传动效率高、运动平稳、传动比准确、使用寿命久、结构紧凑等一系列特点^[2]，决定了其在船、舰减速传动领域中的不可替代性。齿轮传动机构不仅在船舶推进装置中占据着重要地位，更是机械工业领域应用最为广泛的动力传递装置。齿轮在机械工业是不可缺少的传动机构，那么制造高质量的齿轮是一件十分有意义的工作。齿轮的振动问题一直以来备受关注，对齿轮动力学的研究也多集中在此。由于齿轮本身的结构特点，决定了其在工作过程中的动态特性，引起了齿轮的振动。因此，研究齿轮的动态特性有助于了解齿轮振动噪声的产生机理，从而降低这部分影响。