摘要
三分流减速器系统是水下武器、船舶等领域中的动力传动装置，其性能好坏直接影响着整个动力系统及装备的工作效率和使用寿命。随着我国武器装备与船舶行业迅速发展，三分流减速器的振动噪声以及齿轮疲劳寿命等问题日益突出，具有高速、高功率、低振动、低噪声、长寿命等特征的三分流减速器逐渐成为设计与制造的瓶颈。因此，本文在项目“***传动系统减振等问题研究”(项目编号：JG20200039)和“***齿轮修形、设计及均载特性研究”(项目编号：JG20210073)的联合资助下，开展了三分流减速器振动特性和减速器齿轮疲劳寿命研究，并在此基础上，结合齿轮修形原理，研究了齿轮修形后三分流减速器的振动响应等动态性能及齿轮疲劳寿命，并以振动加速度为基础预估了三分流减速器结构噪声。主要研究内容与结论如下： 首先，基于 IMPACT 碰撞接触理论和齿轮啮合原理，建立了定轴式三分流减速器刚柔耦合动力学模型，获得了减速器各齿轮转速、齿轮副啮合力及减速器箱体表面各测点的振动特性，并以振动加速度为基础预估了减速器结构噪声。研究结果表明：齿轮转速及啮合力的仿真值与理论值相差较小，验证了动力学模型的正确性；减速器箱体表面振动速度及加速度峰值频率均出现在各级齿轮啮合频率及其倍频处，其结构噪声也在减速器各级齿轮啮合频率处出现峰值。 接着，结合齿轮修形理论，建立了考虑齿轮齿向修形和齿廓修形的三分流减速器刚柔耦合动力学模型，分别研究不同齿向修鼓量、不同齿顶修形量及齿顶修形长度等修形参数对三分流减速器动态响应和结构噪声的影响。研究结果表明：增大齿轮齿向修鼓量、齿顶修形量、齿顶修形长度，三分流减速器的振动速度及加速度响应先减小后增大。在一定的修形范围内，修形能有效降低减速器的振动响应及结构噪声。 然后，基于有限元模态分析理论，建立了三分流减速器箱体有限元模型，开展了三分流减速器箱体自由模态和约束模态研究，以确定减速器箱体固有频率以及模态振型。通过模态叠加法对减速器箱体开展动态激励载荷作用下的谐响应分析，得到减速器箱体各个轴承孔在不同频率下的位移响应。研究结果表明：减速器箱体约束模态频率，以及减速器轴承孔各个方向振动位移最大时所对应的频率，与三分流减速器各级齿轮啮合频率相差较大，从而不会引起减速器箱体共振。 最后，建立三分流减速器齿轮疲劳寿命分析模型，结合刚柔耦合动力学模型获得减速器第二级主动轮所承受的转矩载荷谱曲线和齿轮有限元分析结果。进一步采用nCode Design-Life疲劳寿命损伤理论，研究了不同齿轮齿向修鼓量、齿顶修形量以及齿顶修形长度等修形参数对减速器齿轮最小疲劳寿命的影响。研究结果表明：随着齿轮齿向修鼓量、齿顶修形量和修形长度的增加，齿轮的最小疲劳寿命先增大后减小；合理的修形可提升齿轮的疲劳寿命。
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