弧齿锥齿轮系统振动噪声优化及可靠性分析

发布时间：2020-04-09 12:34

【摘要】：弧齿锥齿轮是齿轮箱中常用的关键传动部件,其动态性能对齿轮箱的使役性能有着至关重要的影响。随着齿轮装置朝着大功率、高精度、低噪声、轻量化等方向发展,振动、噪声及可靠性已成为衡量其传动性能的重要指标。弧齿锥齿轮系统在工作时,受动态激励作用而产生的振动,经过轴、轴承传递到箱体,激起箱体表面发生振动进而形成辐射噪声,同时还会影响系统的可靠性。因此,开展弧齿锥齿轮系统的振动噪声优化及可靠性分析,对其减振降噪、高可靠性设计具有重要的理论意义和工程价值。论文以弧齿锥齿轮系统为研究对象,开展静动力学分析、动力学性能优化、辐射噪声预估及声学优化、可靠性及灵敏度分析。论文主要的研究工作如下:(1)借助UG和ANSYS软件,建立了弧齿锥齿轮系统有限元模型,对锥齿轮副和箱体进行了静力学分析;采用Block Lanczos法对系统进行了模态分析,在齿轮副上施加内部动态激励,采用模态叠加法进行了动态响应求解,得出弧齿锥齿轮系统的振动响应频域曲线的峰值出现在啮合频率及其倍频处。(2)采用最优梯度法求解了目标函数对设计变量的结构灵敏度,基于灵敏度分析结果,建立了弧齿锥齿轮系统动力学性能优化模型,采用先零阶后一阶优化方法同时对模态和响应进行优化求解;由优化后弧齿锥齿轮系统的静动力学重分析结果表明,优化效果良好,有效改善了弧齿锥齿轮系统的动态性能。(3)建立了弧齿锥齿轮系统刚柔耦合动力学模型,采用变步长向后差分法求解了动力学方程;将求解出的轴承支反力作为边界条件,建立了弧齿锥齿轮系统声学分析模型,采用声学有限元法进行了噪声预估;基于响应面法建立了目标函数的响应面模型,采用正态边界交汇优化算法进行噪声优化,降噪效果良好。(4)建立了弧齿锥齿轮系统共振可靠性分析模型,综合运用响应面法和Monte-Carlo法进行求解,得到了共振可靠性和灵敏度;采用二阶矩法分别求解了齿轮副的弯曲和接触疲劳可靠度及灵敏度,得到了弧齿锥齿轮的疲劳可靠性。
【图文】：

点云图,点云,齿面,弧齿锥齿轮

模态和动态响应分析。本章以弧齿锥齿轮系统为研究对象，根据齿轮啮合原理，建立锥齿轮副几型，运用 APDL 建立箱体、轴、轴承、齿轮座等结构的参数化有限元模型。 ANSYS 分析弧齿锥齿轮副的啮合性能，以及箱体的综合位移和等效应力。而后用 Block Lanczos 法对弧齿锥齿轮系统的模态频率和固有振型进行求解，采用和动力接触有限元法对内部动态激励进行数值模拟。在此基础上，运用模态法对弧齿锥齿轮系统进行振动响应求解。2.2 弧齿锥齿轮系统实体模型弧齿锥齿轮系统主要包括：弧齿锥齿轮、传动轴、轴承、齿轮座、轴承端盖盖、箱体等。基于齿轮啮合原理和齿轮加工原理，借助 MATLAB 求解齿面方序，得到齿面点云如图 2.1 所示；利用 Imageware 将点云拟合成曲面，然后将导入到齿坯的 UG 模型中，根据齿数将曲面旋转一周切割齿坯，得到图 2.2 所几何模型。

几何模型,弧齿锥齿轮

模态和动态响应分析。本章以弧齿锥齿轮系统为研究对象，根据齿轮啮合原理，，建立锥齿轮副几型，运用 APDL 建立箱体、轴、轴承、齿轮座等结构的参数化有限元模型。 ANSYS 分析弧齿锥齿轮副的啮合性能，以及箱体的综合位移和等效应力。而后用 Block Lanczos 法对弧齿锥齿轮系统的模态频率和固有振型进行求解，采用和动力接触有限元法对内部动态激励进行数值模拟。在此基础上，运用模态法对弧齿锥齿轮系统进行振动响应求解。2.2 弧齿锥齿轮系统实体模型弧齿锥齿轮系统主要包括：弧齿锥齿轮、传动轴、轴承、齿轮座、轴承端盖盖、箱体等。基于齿轮啮合原理和齿轮加工原理，借助 MATLAB 求解齿面方序，得到齿面点云如图 2.1 所示；利用 Imageware 将点云拟合成曲面，然后将导入到齿坯的 UG 模型中，根据齿数将曲面旋转一周切割齿坯，得到图 2.2 所几何模型。
【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】：TH132.41

【参考文献】