变速箱齿轮齿廓修形及其噪音振动特性研究

发布时间：2017-04-25 09:10

  本文关键词：变速箱齿轮齿廓修形及其噪音振动特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：变速箱是车辆动力系统的重要组成部件之一。作为传递动力的中间环节，，对车辆速度的调整、扭矩的调整起到关键性作用。其工作状态的稳定、高效、静音显得尤为重要。在日新月异的今天，人们对乘用车的要求越来越高，一个快捷、舒适、安静的驾乘感受也备受关注。而齿轮作为变速箱的核心零件，它的运转的平稳性决定着变速箱的质量和功能。本文从渐开线直齿轮齿廓修形入手，探讨对齿轮齿廓如何进行修形可以达到减振降噪的目的；利用时频分析方法验证修形后的齿轮在实际啮合传动过程中啮合噪音减小并通过频谱图分析在转速升高后齿轮传动机构的声音特征；最后将时间序列方法运用到齿轮的全寿命周期监测中，以达到在齿轮运行过程中将潜在的故障隐患消灭于萌芽之中。 齿轮传动啮合过程中的噪音是由于振动引起的。建立齿轮与齿轮啮合的系统振动模型，将振动因素考虑到渐开线齿轮齿廓曲线中，耦合建立出齿轮齿廓在齿顶部分和齿根部分的修形曲线。从而减小齿轮啮入和啮出冲击，达到齿轮机构运转过程的减振降噪的功效。 阐述现代特征信号的检测、采集的设备和方法，并以修形前后的齿轮作为研究对象，分别采集两种啮合过程中产生的声音信号。利用MATLAB软件对声音文件进行处理，利用Butterworth数字滤波器对齿轮机构中对齿轮啮合、轴承运行和电机运行过程中出现的三种噪音进行分离。分析齿轮齿廓修形前后齿轮啮合噪音波形的差别，验证齿轮齿廓修形的效果。然后分析轴承和电机的噪音波形并分析减小噪音的方法。利用傅里叶变换思想对声音文件进行快速傅里叶变换（FFT）将时域图转换为频谱图，分析频谱图并讨论齿轮在传动过程中随着转速的提升整个机构发出的噪音的频率变化，并分析其中的原因。 介绍时间序列的分析思想，并引出非线性时间序列模型较常规的时间序列方法的优越性和普适性。将时间序列方法应用到齿轮传动机构的全寿命管理、监测中。本文对轮传动过程中微小位移这个振动量进行时间序列模型的建立：分别对修形前后的两对齿轮振动位移进行建模。然后通过MATLAB绘制相应的时域图和时间序列模型预测曲线图。验证非线性时间序列在预测齿轮传动不稳定和故障上的可行性。并比较这两对齿轮啮合过程中微小位移并且分析原因。并在同样条件下做出一对斜齿轮的时域图和预测曲线图，对比直齿轮和斜齿轮在运行稳定性上的差别并阐述原因。
【关键词】：特征信号采集 齿轮齿廓修形 Butterworth数字滤波器 快速傅里叶变换 GNAR 时间序列
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1. 绪论11-20
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势13-17
• 1.2.1 齿轮变速箱振动噪声研究的进展13-14
• 1.2.2 齿轮修形方法研究的进展14-16
• 1.2.3 振动和噪声提取方法研究的进展16-17
• 1.3 变速箱噪声产生原因分析17-18
• 1.4 本文研究主要内容及结构安排18-20
• 2. 变速箱齿轮修形对变速箱噪声振动影响研究20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 齿轮关键参数介绍20-22
• 2.2.1 齿轮各部分名称及符号20-21
• 2.2.2 渐开线齿轮的基本参数21-22
• 2.3 渐开线齿轮齿廓曲线形成过程及渐开线齿轮啮合规律22-26
• 2.3.1 渐开线的形成22-23
• 2.3.2 渐开线的两种表达方式23-25
• 2.3.3 渐开线直齿齿轮啮合传动条件25-26
• 2.4 影响渐开线齿轮啮合噪声和振动的因素26-30
• 2.4.1 齿廓齿形对齿轮啮合噪声的影响26-28
• 2.4.2 齿轮类型对噪声的影响28
• 2.4.3 重合度对齿轮噪声的影响28-29
• 2.4.4 压力角对齿轮噪声的影响29-30
• 2.5 齿轮齿廓修形研究30-34
• 2.5.1 建立齿轮啮合振动系统动态模型30-31
• 2.5.2 修形量与修形曲线在模型中的选择和确定31-34
• 2.6 齿轮修形加工方法34-35
• 2.7 本章总结35-36
• 3. 特征信号采集和处理36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 特征信号的选择36-38
• 3.2.1 信号的敏感性36-37
• 3.2.2 特征信号的在线实时性37-38
• 3.3 特征信号的检测38-42
• 3.3.1 声音信号的检测38-39
• 3.3.2 振动信号的检测39-42
• 3.4 信号的采集处理42-44
• 3.4.1 信号的调理42-43
• 3.4.2 A/D 转换及采样控制43-44
• 3.5 本章总结44-45
• 4. 变速箱齿轮啮合噪声提取分析45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 时频分析方法研究进展45-46
• 4.3 傅里叶级数和傅里叶变换在频谱分析中的应用46-48
• 4.3.1 三角函数形式的傅里叶函数46-47
• 4.3.2 信号采集的傅里叶变换47-48
• 4.4 提取齿轮传动机构的噪声信号实验48-51
• 4.4.1 实验目的48
• 4.4.2 实验台介绍48-50
• 4.4.3 实验方法50-51
• 4.5 对比修形前后齿轮啮合声音时域图像51-56
• 4.5.1 MATLAB 声音信号滤波程序编写51-53
• 4.5.2 对比修形前后齿轮啮合声音时域图像53-56
• 4.6 对比同一齿轮不同转速下的频谱图56-59
• 4.7 本章总结59-61
• 5. 基于时间序列模型的变速箱齿轮振动研究61-85
• 5.1 引言61
• 5.2 时间序列的统计分析61-64
• 5.2.1 偏度系数和峭度系数61-63
• 5.2.2 选择统计特征量63-64
• 5.3 时间序列模型分析及其应用64-70
• 5.3.1 时间序列模型的一般概念64
• 5.3.2 时间序列模型的结构特征64-69
• 5.3.3 齿轮传动过程中状态模型分析69-70
• 5.4 采集齿轮传动机构的位移信号实验70-75
• 5.4.1 实验目的70
• 5.4.2 实验台介绍70-73
• 5.4.3 实验方法73-75
• 5.5 齿轮啮合时间序列模型分析75-83
• 5.5.1 数据采集建模过程75-76
• 5.5.2 时间序列模型趋势图分析76-81
• 5.5.3 GNAR 时序模型统计分析和结论分析81-83
• 5.6 本章总结83-85
• 6 总结与展望85-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果92-93
• 致谢93-94

【参考文献】

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本文编号：326031