空间温度交变环境下齿轮系统动力学分析及其传动误差主动控制研究

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随着我国航天工业的发展，齿轮传动机构愈加频繁地被应用到空间环境中。然而，空间环境是一个十分复杂的环境领域，存在着高低温交变、微重力、真空、地磁干扰等因素，这对空间服役的齿轮传动机构提出了更高的要求。本文以单自由度直齿圆柱齿轮传动系统为基础，在单对直齿圆柱齿轮间隙非线性系统动力学模型的基础上，进一步引入空间环境下特殊的温度交变效应，综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传递误差等因素，建立了适用于空间温度大范围交替变化环境下的齿轮传动系统间隙非线性动力学模型。运用4-5阶Runge-Kutta数值算法，分别对地面环境和空间温度交变环境下的系统模型进行求解，运用时间历程图、相图、分岔图等方法对系统动力学响应进行分析。结果表明：①含间隙的齿轮系统表现出强非线性，随着参数(阻尼比、间隙等)的变化，系统表现出丰富的非线性运动特性；②温度交变的幅值增大将使系统动力学响应变差，系统从周期运动变为拟周期运动；齿轮系统啮合频率应尽量避开温度交变频率，二者比值ωh/ωT建议大于10，以避免发生混沌运动，且B<0.1为好。空间环境下温度大范围交替变化导致齿轮传动系统齿侧间隙发生同频交变，这对齿轮系统传动精度有很大影响。
　　本文提出基于超磁滞伸缩智能材料作动器(GMA)的齿轮传动误差主动控制方案：通过直接控制一对啮合齿轮中心距的大小，即一对啮合齿轮的其中一根轴(包括轴上所有附件)整体可以在两轮中心距方向上有微小移动，GMA对这根轴在两齿轮中心距方向上施加作动力，进而间接地补偿由于温度大范围交变导致的齿侧间隙变化，使侧隙始终保持在传动性能良好的数值范围内。为避免GMA的迟滞非线性的影响，本文采用PI模型对GMA磁滞特性进行建模，应用基于PI逆模型的开环逆模型控制对GMA的迟滞非线性进行控制。采用Preisach迟滞模型和机电系统传递函数串联得到具有迟滞特性的系统模型，采用PID控制和逆模型控制对系统进行振动控制，结果表明，控制方案、方法能够实现对迟滞非线性系统的有效补偿控制，说明本文所提出的齿轮系统传动误差主动控制方案、方法理论上能够对由于温度大范围交变而导致的齿轮传动误差变大进行有效补偿。

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作者
康学忠;
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作者单位

重庆大学;

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授予单位重庆大学;
学科车辆工程
授予学位硕士
导师姓名卢少波;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类啮合传动;
关键词
齿轮传动; 高低温交变; 齿侧间隙; 误差补偿;

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