齿轮轴孔位置误差作用下行星齿轮啮合相位波动及其统计特性预测

doi:10.3901/JME.2024.15.123

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (15): 123-133.doi: 10.3901/JME.2024.15.123

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齿轮轴孔位置误差作用下行星齿轮啮合相位波动及其统计特性预测

代鹤¹, 罗顺安², 龙新华², 李元¹, 訾斌¹

1. 合肥工业大学机械工程学院合肥 230009;
2. 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海 200240

收稿日期:2023-08-10 修回日期:2023-12-14 出版日期:2024-08-05 发布日期:2024-09-24
作者简介:代鹤(通信作者)，男，1994年出生，博士，讲师。主要研究方向为齿轮动力学、机器人运动控制。E-mail： daihe03@hfut.edu.cn
罗顺安，男，1994年出生，博士研究生。主要研究方向为齿轮动力学。E-mail：luoshunan@sjtu.edu.cn
龙新华，男，1972年出生，博士，研究员。主要研究方向为非线性动力学与振动控制。E-mail：xhlong@sjtu.edu.cn
李元，女，1994年出生，博士，讲师。主要研究方向为机器人技术。E-mail：yuanli@hfut.edu.cn
訾斌，男，1975年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为柔性驱动机器人、智能制造系统控制和机电系统动力学与控制。E-mail：zibinhfut@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2020YFB2008101)、国家自然科学基金(52305101,51925502)和中央高校基本科研业务费专项资金(JZ2022HGQA0149)资助项目。

Mesh Phasing Variation of Planetary Gears Induced by Gear Pinhole Position Errors and Its Statistical Characteristics Prediction

DAI He¹, LUO Shunan², LONG Xinhua², LI Yuan¹, ZI Bin¹

1. School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009;
2. State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240

Received:2023-08-10 Revised:2023-12-14 Online:2024-08-05 Published:2024-09-24

摘要/Abstract

摘要： 针对啮合相位波动问题，建立了计及齿轮轴孔位置误差的行星齿轮时变啮合相位模型，推导了位置误差影响下时变啮合相位的解析计算公式。为建立齿轮轴孔位置误差公差带同啮合相位波动偏差之间的定量关系，提出了基于蒙特卡洛法的啮合相位波动偏差统计分布预测模型，基于容差范围内随机分布的3σ原则，得到了啮合相位波动偏差的上下限阈值。进一步地，采用数值仿真分析了不同齿轮轴孔位置误差对啮合相位的影响规律。最后，提出了一种基于齿根应变的啮合相位测量方法。仿真和实验结果表明，所提模型可以有效预测齿轮轴孔中心位置误差造成的啮合相位偏差，并为齿轮位置误差公差设计和行星齿轮系统的减振设计提供指导。

关键词: 行星齿轮, 啮合相位, 位置偏差, 相位波动, 蒙特卡洛法

Abstract: Focusing on the problem of mesh phasing fluctuation of planetary gears, a time-varying mesh phasing model of planetary gears is established, and an analytical formula of time-varying mesh phasing under the influence of gear pinhole position errors is derived. To allow a link between gear pinhole position errors and the mesh phasing deviations, the Monte Carlo method is employed to predict the statistical distribution of the mesh phasing relations. The upper and lower bounds of the mesh phasing deviation are obtained based on the 3σ principle concerning the random distribution of the position errors within certain tolerance zones. Furthermore, numerical simulation is performed to analyse the influence of various gear pinhole position errors on the mesh phasing relations. Finally, a method for mesh phasing relations measurement based on strain gauge is proposed. The simulation and experimental results indicate that the proposed model can effectively predict the mesh phasing deviation caused by the gear pinhole position errors. The results can provide guidance for the design of gear position error tolerance and vibration reduction of planetary gear transmissions.

Key words: planetary gears, mesh phasing, position deviation, phase variation, Monte-Carlo method

中图分类号:

TH132

代鹤, 罗顺安, 龙新华, 李元, 訾斌. 齿轮轴孔位置误差作用下行星齿轮啮合相位波动及其统计特性预测[J]. 机械工程学报, 2024, 60(15): 123-133.

DAI He, LUO Shunan, LONG Xinhua, LI Yuan, ZI Bin. Mesh Phasing Variation of Planetary Gears Induced by Gear Pinhole Position Errors and Its Statistical Characteristics Prediction[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(15): 123-133.

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齿轮轴孔位置误差作用下行星齿轮啮合相位波动及其统计特性预测

Mesh Phasing Variation of Planetary Gears Induced by Gear Pinhole Position Errors and Its Statistical Characteristics Prediction

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