论文名称：行星轮系齿轮啮合非线性激励建模和振动特征研究

论文作者：重庆大学 / 陈再刚

指导教师：邵毅敏 《研究领域: 信号处理、噪声分析与模式识别；设备故障诊断、智能化监控与残余寿命预测技术；精密传动与系统集成技术。》

高功率小体积行星齿轮传动是国防、航空航天、能源、交通运输等行业迫切需要的核心关键系统与装置。其内部齿轮啮合复杂非线性激励是导致齿轮早期失效的重要因素之一，其内部非线性激励建模和计算方法是研制高功率小体积传动系统不可或缺的理论和方法。因此，研究行星轮系齿轮啮合非线性激励机理、建模和振动响应特征，具有很高的理论价值和重要的工程意义。

行星齿轮传动系统具有振动信号的多种调制模式相互混淆、振源复杂及传输路径变化导致的振动信号相位和幅值非线性变化等众多独特振动特征，迫切需要发展能解释上述现象和特征的行星轮系内部非线性激励模型及相应的算法。本论文针对行星轮系齿轮啮合的非线性激励建模与振动特征问题，开展了系列研究工作，主要包括：

①针对齿轮啮合刚度、轮齿误差等齿轮内部啮合激励问题，基于“刚度与轮齿误差相互作用”的思想，提出了行星轮系齿轮啮合刚度与轮齿误差耦合非线性激励计算模型。新模型克服了传统啮合刚度计算模型无法考虑齿廓修形而引起的啮合刚度过渡区“阶跃”突变问题，解决了刚度“阶跃”突变引起的额外动态冲击的难题，为精确分析行星轮系非线性振动响应特征奠定了重要的理论基础；

②针对柔性齿圈变形引起的轮齿啮合位置变化与轮齿误差耦合的非线性刚度计算难题，提出了柔性齿圈内啮合刚度非线性激励计算新方法，解决了目前内啮合齿轮副内部激励算法的计算速度和精度问题，同时从理论上揭示了行星轮系柔性齿圈的多模式混淆振动现象；

③针对真实齿根裂纹空间曲面变化带来的齿轮啮合刚度激励计算难题，基于“裂纹区域切片”与“积分”计算啮合刚度的新思路，提出了“切片式”齿根空间曲面裂纹刚度激励计算新模型和新方法，突破了齿根空间曲面裂纹轮齿刚度的计算难题，为精确分析轮齿齿根裂纹的振动响应特征提供了新的理论与方法；利用“背靠背”行星齿轮实验台验证了提出的理论模型与分析结果的正确性。

④针对开式齿根裂纹轮齿塑性偏转变形的动态激励计算尚无精确算法的问题，基于“轮齿塑性偏转角”的思想，建立了轮齿塑性偏转变形的非线性动态激励精确计算模型，解决了齿根开式裂纹存在轮齿塑性偏转变形影响啮合刚度激励与轮齿误差激励计算的难题。