齿轮箱瞬态动力学精细建模方法研究

发布时间：2020-03-31 09:20

【摘要】：随着齿轮箱向高速、重载方向发展,对其振动噪声、轻量化以及可靠性要求也在不断提高。因此探求精细建模方法对齿轮箱的动力学特性进行准确预测,为其减振、降噪及其结构优化设计提供理论依据是非常有必要的。在国家科技支撑计划项目资助下(项目号2013BAF01B05),本文以某齿轮箱为研究对象,开展了齿轮副和轴承的精细建模方法研究,对齿轮箱进行了固有特性、瞬态动力学及振动测试试验研究。完成的主要研究内容如下:首先,对齿轮传动过程中的动态激励进行分析,结合深沟球轴承的结构特点,在赫兹接触理论的基础上推导出了轴承非线性刚度计算公式。在提出的轴承简化动力学模型的基础上,结合计算得到的轴承刚度曲线,对滚动轴承、齿轮副瞬态动力学精细建模方法进行了研究,完成了齿轮箱精细模型的建立。采用粘结接触理论和LANCEZOS法对齿轮箱进行了自由模态分析,得到了其固有频率和振型。并采用力锤激励法对齿轮箱进行试验模态测试,与仿真结果进行对比,对齿轮箱模态分析模型进行了检验及修正。在提出的齿轮副、轴承动力学精细建模方法的基础上,综合考虑轮齿时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦以及轴承刚度等非线性因素的影响,建立了齿轮箱三维接触动态有限元分析模型,进行瞬态动力学分析,得到了额定工况下的齿轮箱各构件的应力状态及箱体的振动特性。对不同转速、不同轴承游隙和存在几何偏心误差下的齿轮箱动态特性进行了研究。最后,搭建了齿轮箱减速器振动测试实验台架,对不同工况下的齿轮箱振动响应进行了测试,利用实验方法得到减速器振动加速度响应曲线,并与仿真计算结果进行比较,验证了所提出的齿轮箱瞬态动力学精细建模方法的有效性与准确性。
【图文】：

变化图,啮合刚度,变化图

齿轮传动的动态激励轮箱在运行过程中所受的内部激励主要由轮齿的时变啮合刚度、齿侧间轮综合传递误差等因素产生，并且与由原动机的主动力矩、负载阻力以组成的外部激励共同作用于齿轮传动系统。其中外部激励是根据系统的确定的，而不同齿轮箱传动系统的区别则在于其内部激励[36]，内部激励下三种形式：刚度激励大多数情况下，由于直齿圆柱齿轮副轮齿啮合的重合度在 1 到 2 之间，，中将出现单对齿或多对齿同时参与啮合的现象，且轮齿啮合点在渐开线形成轨迹只是理论啮合线上的一段[37]。如图 2.1 所示，1 2N N 为理论啮合线合线则为齿廓工作段 AD，由两个双齿啮合区段 A- B、C -D和一个单齿啮 -C组成，其中单对轮齿啮合时所对应的齿轮综合啮合刚度较小，而双对时所对应的齿轮综合啮合刚度较大。当齿轮副连续运转时，由于单、双交替的出现，使得轮齿啮合刚度发生突变并且呈现周期性变化的趋势。

弹性半空间体,分布力,弹性体,公切平面

图 2.2 作用在弹性半空间体上的分布力Fig.2.2 Distribution force acting on elastic half-space body体的基本解，分布力作用下产生的变形为：2(1 )( , )zdx dyu p x yE r 2 2 x ) ( y y )， E --弹性体弹性模量， --弹性体泊松点发生接触的两表面光滑的弹性体，如图 2.3 所示，点的公切平面，坐标轴1z 与公切平面垂直并指向物直并指向物体 2，1 2P、 P 分别为点 O 附近弹性体 1、坐标变换，不受载荷作用下时两点之间的距离可表示2 21 2 0 0z z A x B y为二次曲面方程系数。用后，点将分别产生沿、2z 坐标轴方向的位移 2.3（b）、（c）所示，此时有：
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH113.1

【参考文献】