盾构机行星齿轮啮合冲击激励及系统动态特性研究

摘要

为揭示太阳轮–行星轮间啮入冲击诱发行星轮系内、外啮合状态演变规律，建立盾构机行星齿轮内、外啮合齿轮副线外啮入冲击激励解析计算模型，与齿轮副有限元显式动态接触模型对比，验证解析模型合理性；进而，搭建啮入冲击诱发行星轮–齿圈、行星轮–太阳轮线内冲击机理模型，研究外啮合齿轮副啮入冲击对行星轮–齿圈内啮合状态、太阳轮–行星轮外啮合状态的影响规律，阐明太阳轮–行星轮–齿圈多点冲击激励变化规律；而后，建立盾构机行星齿轮系统集中质量模型，计算不同冲击激励下内、外齿轮副间啮合力，阐明冲击激励与齿轮副啮合力间动态演化规律；最后，搭建行星轮系统显示动力学模型，提取外、内啮合齿轮副啮合力与接触力，与理论解析结果进行对比，验证理论模型合理性。结果表明：内、外啮合冲击力数值与解析解吻合良好，相对误差为4.09%；行星轮系统线外啮入冲击将诱发内、外啮合齿轮副线内冲击；行星轮系冲击激励呈周期性变化，将诱发行星轮系内、外啮合齿轮副间啮合力改变，啮入冲击激励会使齿轮副间动态啮合力减小，而诱发的线内冲击激励会使齿轮副动态啮合力增大，导致行星轮系统振动加剧；行星轮系统有限元仿真数值解与解析解对比，外、内啮合啮入冲击相对误差分别为3.21%、6.40%，平均啮合力误差分别为6.93%,3.80%，验证了理论模型的正确性。

关键词

啮合冲击 / 解析模型 / 动态特性 / 行星齿轮 / 盾构机