摘要
现代机械传动系统中，齿轮是最重要的部件之一，由于其恒定的传动比、大功率及高效率等特点，在生产制造中被广泛使用。齿轮啮合过程中，由于参与啮合的轮齿对数变化，系统中的啮合刚度、啮合阻尼等部分参数会随时间周期性变化，其对于齿轮系统的振动特性与稳定特性有着重要的影响。因此，本文针对齿轮系统传动过程中典型的时变特性，建立了一种圆柱直齿轮传动系统的数据驱动建模方法，并通过数值算例，验证该方法的有效性。主要研究内容及结论如下: (1)建立圆柱直齿轮传动系统瞬态动力学有限元仿真平台。基于ANSYS软件，利用APDL语言，建立了参数化的齿轮系统瞬态动力学有限元仿真平台。基于该仿真平台，可探究齿轮偏心误差、轴线平行度误差、支撑刚度、中心距误差、不同外部激励等因素对齿轮传动系统动态特性的影响。 (2)圆柱直齿轮传动系统时变频率响应函数的辨识。针对齿轮系统传动过程中的周期时变特性，研究了一种齿轮传动系统的数据驱动建模方法。以负载转矩引起的广义力为输入，以动态传动误差为输出，运用周期时变系统辨识理论，建立了齿轮系统时变频率响应函数的辨识方法。数值算例的结果表明，所辨识出的频率响应函数可以准确刻画齿轮系统的时变特性，与理论时变传递函数吻合较好。 (3)圆柱直齿轮传动系统的动态参数反演。基于圆柱直齿轮传动系统时变频率响应函数辨识方法所得到的频响函数、频响函数方差以及对应系统的理论传递函数构建参数反演模型，结合齿轮瞬态动力学有限元仿真平台的虚拟实验数据，进行参数反演，修正齿轮集中质量动力学模型的工作。修正后的集中质量动力学模型可较好地重现齿轮瞬态动力学有限元仿真结果，兼顾了计算效率与精度。 本论文的研究结果为齿轮传动系统的辨识奠定了基础，有助于进一步提高齿轮瞬态动力学分析的效率与精度。
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