齒輪傳動系統(tǒng)耦合振動響應(yīng)及抗沖擊性能研究.pdf

1、當(dāng)前，對機(jī)械產(chǎn)品高速、高效、精密、可靠、低振動、低噪聲、輕量化和自動化的要求越來越高。齒輪系統(tǒng)是工程機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，其工作性能對整個系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響。隨著速度和功率的提高，齒輪傳動正朝著高速、重載方向發(fā)展，其動力學(xué)行為的研究便成為國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注的課題。由于我國齒輪振動噪聲普遍比國外產(chǎn)品嚴(yán)重，因此齒輪傳動非線性動力學(xué)行為的研究更是工程實(shí)際中亟待解決的重要課題之一。 本課題研究的意義就在于突破傳統(tǒng)機(jī)械噪聲的研究方法，

2、從系統(tǒng)角度出發(fā)，用科學(xué)的建模取代半經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算，用先進(jìn)的的動態(tài)設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)，從振動分析發(fā)展到噪聲分析，研究如何在設(shè)計(jì)階段就能綜合考慮多種因素，預(yù)估齒輪系統(tǒng)的振動響應(yīng)和結(jié)構(gòu)噪聲，目的是用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)出較為理想的低振動、低噪聲齒輪系統(tǒng)裝置。本文在齒輪傳動系統(tǒng)的三維沖擊動力接觸非線性特性、齒輪內(nèi)部激勵的產(chǎn)生機(jī)理、內(nèi)部激勵作用下的耦合振動響應(yīng)和齒輪系統(tǒng)抗沖擊振動特性等方面的研究取得了成果，本文主要進(jìn)行了下列研究： 1.

3、全面地研究了齒輪系統(tǒng)振動和噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，將引起齒輪振動噪聲的內(nèi)部原因歸結(jié)為三種激勵，即剛度激勵、誤差激勵和嚙合沖擊激勵。 2.用有限元分析方法和誤差近似等效方法模擬了齒輪嚙合時(shí)的激勵，并得出齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的激勵力，為齒輪系統(tǒng)振動響應(yīng)分析打下了基礎(chǔ)。 3.用有限元法建立了包含齒輪副、傳動軸和箱體的齒輪系統(tǒng)完整的大型動力學(xué)模型，該模型較好地反映了齒輪系統(tǒng)各部分的動態(tài)耦合效應(yīng)。 4.用I-DEAS軟件對上述齒輪系統(tǒng)進(jìn)

4、行了有限元模態(tài)分析，得到了齒輪軸、齒輪箱和齒輪系統(tǒng)的固有特性；預(yù)估了在齒輪動態(tài)激勵下齒輪箱的動態(tài)響應(yīng)，較全面地研究了齒輪系統(tǒng)的動態(tài)特性，并分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)噪聲。 5.利用I-DEAS軟件計(jì)算了齒輪系統(tǒng)具有運(yùn)動自由度的系統(tǒng)模態(tài)分析時(shí)用于定義動態(tài)事件的固有模態(tài)、約束模態(tài)、等效附加模態(tài)及有效質(zhì)量模態(tài)。將外部加速度沖擊激勵處理為半正弦脈沖激勵，對齒輪箱進(jìn)行了沖擊動力響應(yīng)分析，得出了箱體各計(jì)算點(diǎn)的振動速度、振動加速度時(shí)域曲線以及動態(tài)應(yīng)力時(shí)

5、域曲線。綜合齒輪箱的動態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力，按照抗沖擊能力合格判據(jù)，預(yù)估了齒輪系統(tǒng)的抗沖擊性能。 6.對齒輪系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了齒輪箱表面法向振動加速度，并與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果基本一致，表明了所建模型的正確性；同時(shí)測量了齒輪箱的結(jié)構(gòu)噪聲，結(jié)果與預(yù)估結(jié)果基本一致。 本文在以下四個方面取得了創(chuàng)新性成果。 1.建立了包括傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的完整的非線性耦合振動分析模型； 2.建立了齒輪系統(tǒng)接觸分析