基于FE Preprocessor齿轮啮合力算法的齿轮箱振动噪声预估
发布时间：2022-01-14 23:31
齿轮传动装置是船舶动力系统的关键设备,由于通过齿轮交替啮合传递功率从而不可避免会产生啮合振动,是船舶航行时振动噪声的主要影响因素之一。而船舶齿轮传动装置由于功率大,尺寸大,结构复杂,研制周期长,一旦在完成制造后出现振动、噪声问题,受到技术、进度等多方面因素制约,往往难以处理,因此对于船舶齿轮传动装置来说,与设计同步开展振动噪声预估显得尤为重要。开展齿轮箱的振动噪声预估,最重要的就是计算齿轮啮合激励,目前常用的计算方法难以兼顾效率与精度,与工程实际需求依然有一定差距。近年来计算啮合激励的FE Preprocessor法发展较快,能够兼顾效率与精度,本论文探索将该方法应用于齿轮箱的啮合激励计算,进而分析齿轮箱振动与噪声,并将计算结果与当前常用的切片法进行对比,结合试验验证探究其应用齿轮箱振动噪声预估的可行性。主要内容如下:（1）将FE Preprocessor方法应用于斜齿轮动态啮合激励求解,并与目前常用的切片法进行对比,两种方法的计算结果相近,但FE Preprocessor法更能反映载荷变化的影响。（2）创建用于振动、噪声计算的有限元模型,分析固有频率和模态振型,针对试验齿轮箱开展模态...
【文章来源】：中国舰船研究院北京市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
齿轮切片示意图
中国舰船研究院硕士学位论文9图2.2啮合变形示意图这样根据传递误差与两个变形量相等的关系可以反推该处的接触力大小，某一啮合位置处的变形量求解方程为：=[]+(2-3)式中：为啮合点处的变形量，即无误差齿轮的传递误差；[]为该点的总体柔度矩阵；为啮合点处的接触力；为包含接触力和非线性赫兹接触刚度影响的向量方程，此方程可由赫兹接触理论得到。单个时间步长内啮合线处的接触力求解过程见下：(1)首先对齿轮模型进行有限元模型的创建，在啮合线周围的节点单元处施加单位静载荷，进行第一次静态分析，得到了齿轮整体刚度矩阵。随后，对齿轮模型进行第二次静态分析，对整体刚度矩阵进行一次修正，以消除局部有限元对矩阵的非物理贡献量，同时得到了关于齿轮弯曲、剪切和耦合的刚度信息与柔度信息[]。根据赫兹接触理论，可以得到局部接触变形的求解方程：=2(1121+1222)[2(11+12)(1121+1222)1](2-4)式中：为啮合线长度；1和1分别为两个齿轮材料的泊松比；1和2为两个齿轮在接触点处的法向曲率半径；1和2分别为两个齿轮材料的弹性模量。(2)使用软件计算出啮合点处的变形量，根据步骤(1)中求得的柔度矩阵[]以及公式2-4可以求解得到接触力。(3)使用公式对所有参与了啮合的啮合点接触力进行求和就可以得到该时间步长内
中国舰船研究院硕士学位论文11专业变速箱建模工具TransmissionBuilder配合齿轮、轴长度、内外径以及轴承所在位置等参数创建齿轮副模型，齿轮的各项参数如表2.1所示，齿轮副模型见图2.3，图中上侧为主动轴，下侧为从动轴。表2.1齿轮参数参数数值主动轮齿数z151从动轮齿数z247模数m(mm)2.5压力角α(°)20螺旋角β(°)10齿顶高系数ha1顶隙系数cn0.4齿宽B(mm)40主动轮内径r1(mm)130从动轮内径r2(mm)130图2.3齿轮副模型图在Simcenter3D软件中创建齿轮箱箱体模型并与图2.3所示的齿轮副模型装配在一起，在轴承实际所在位置处根据以往的经验赋予轴承刚度，轴承刚度数值见下表2.2，装配完成后的模型见图2.4。表2.2轴承刚度表dx(m)dy(m)dz(m)Fx(N)1.92e+800Fy(N)01.11e+80Fz(N)005.15e+6
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动舵机刚柔耦合动力学仿真研究[J]. 梁建,王春艳,段丽华,佟彤,朱剑波. 航空兵器. 2019(05)
[2]基于频响函数综合的并车齿轮箱振动仿真分析[J]. 戴光昊,刘英伦,蔡庆义. 热能动力工程. 2019(01)
[3]齿轮箱振动噪声仿真分析与结构优化[J]. 王世栋,苏欣,刘义虎,叶盛鉴. 热能动力工程. 2019(01)
[4]基于ABAQUS的风电齿轮箱箱体热分析[J]. 李乐,王茜,朱礼安,曾盼文. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2018(01)
[5]一种确定斜齿轮传递误差和啮合刚度的快速有效方法[J]. 常乐浩,贺朝霞,刘岚,刘清涛. 振动与冲击. 2017(06)
[6]某轻卡齿轮箱动态特性仿真与试验研究[J]. 罗朝阳,马维金,张纪平,葛玉珉. 机械强度. 2014(05)
[7]一种基于有限元法和弹性接触理论的齿轮啮合刚度改进算法[J]. 常乐浩,刘更,郑雅萍,丁云飞. 航空动力学报. 2014(03)
[8]一种考虑齿轮副连续啮合过程的接触有限元动力学分析方法[J]. 吴勇军,王建军. 航空动力学报. 2013(05)
[9]基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析[J]. 焦映厚,孔霞,蔡云龙,张介禄,周亚政. 振动与冲击. 2012(04)
[10]基于遗传算法的汽车变速箱轻量化设计[J]. 褚永康,文桂林,崔中,文登. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(10)
博士论文
[1]平行轴齿轮传动系统动力学通用建模方法与动态激励影响规律研究[D]. 常乐浩.西北工业大学 2014
硕士论文
[1]水面舰船噪声预报策略与声学防护研究[D]. 梁谦.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于ANSYS的齿轮减速箱的仿真技术研究[D]. 郑群川.西安电子科技大学 2011
[3]齿轮箱模态分析和结构优化方法研究[D]. 张学亮.太原理工大学 2010
本文编号：3589432
【文章来源】：中国舰船研究院北京市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
齿轮切片示意图
中国舰船研究院硕士学位论文9图2.2啮合变形示意图这样根据传递误差与两个变形量相等的关系可以反推该处的接触力大小，某一啮合位置处的变形量求解方程为：=[]+(2-3)式中：为啮合点处的变形量，即无误差齿轮的传递误差；[]为该点的总体柔度矩阵；为啮合点处的接触力；为包含接触力和非线性赫兹接触刚度影响的向量方程，此方程可由赫兹接触理论得到。单个时间步长内啮合线处的接触力求解过程见下：(1)首先对齿轮模型进行有限元模型的创建，在啮合线周围的节点单元处施加单位静载荷，进行第一次静态分析，得到了齿轮整体刚度矩阵。随后，对齿轮模型进行第二次静态分析，对整体刚度矩阵进行一次修正，以消除局部有限元对矩阵的非物理贡献量，同时得到了关于齿轮弯曲、剪切和耦合的刚度信息与柔度信息[]。根据赫兹接触理论，可以得到局部接触变形的求解方程：=2(1121+1222)[2(11+12)(1121+1222)1](2-4)式中：为啮合线长度；1和1分别为两个齿轮材料的泊松比；1和2为两个齿轮在接触点处的法向曲率半径；1和2分别为两个齿轮材料的弹性模量。(2)使用软件计算出啮合点处的变形量，根据步骤(1)中求得的柔度矩阵[]以及公式2-4可以求解得到接触力。(3)使用公式对所有参与了啮合的啮合点接触力进行求和就可以得到该时间步长内
中国舰船研究院硕士学位论文11专业变速箱建模工具TransmissionBuilder配合齿轮、轴长度、内外径以及轴承所在位置等参数创建齿轮副模型，齿轮的各项参数如表2.1所示，齿轮副模型见图2.3，图中上侧为主动轴，下侧为从动轴。表2.1齿轮参数参数数值主动轮齿数z151从动轮齿数z247模数m(mm)2.5压力角α(°)20螺旋角β(°)10齿顶高系数ha1顶隙系数cn0.4齿宽B(mm)40主动轮内径r1(mm)130从动轮内径r2(mm)130图2.3齿轮副模型图在Simcenter3D软件中创建齿轮箱箱体模型并与图2.3所示的齿轮副模型装配在一起，在轴承实际所在位置处根据以往的经验赋予轴承刚度，轴承刚度数值见下表2.2，装配完成后的模型见图2.4。表2.2轴承刚度表dx(m)dy(m)dz(m)Fx(N)1.92e+800Fy(N)01.11e+80Fz(N)005.15e+6
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动舵机刚柔耦合动力学仿真研究[J]. 梁建,王春艳,段丽华,佟彤,朱剑波. 航空兵器. 2019(05)
[2]基于频响函数综合的并车齿轮箱振动仿真分析[J]. 戴光昊,刘英伦,蔡庆义. 热能动力工程. 2019(01)
[3]齿轮箱振动噪声仿真分析与结构优化[J]. 王世栋,苏欣,刘义虎,叶盛鉴. 热能动力工程. 2019(01)
[4]基于ABAQUS的风电齿轮箱箱体热分析[J]. 李乐,王茜,朱礼安,曾盼文. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2018(01)
[5]一种确定斜齿轮传递误差和啮合刚度的快速有效方法[J]. 常乐浩,贺朝霞,刘岚,刘清涛. 振动与冲击. 2017(06)
[6]某轻卡齿轮箱动态特性仿真与试验研究[J]. 罗朝阳,马维金,张纪平,葛玉珉. 机械强度. 2014(05)
[7]一种基于有限元法和弹性接触理论的齿轮啮合刚度改进算法[J]. 常乐浩,刘更,郑雅萍,丁云飞. 航空动力学报. 2014(03)
[8]一种考虑齿轮副连续啮合过程的接触有限元动力学分析方法[J]. 吴勇军,王建军. 航空动力学报. 2013(05)
[9]基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析[J]. 焦映厚,孔霞,蔡云龙,张介禄,周亚政. 振动与冲击. 2012(04)
[10]基于遗传算法的汽车变速箱轻量化设计[J]. 褚永康,文桂林,崔中,文登. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(10)
博士论文
[1]平行轴齿轮传动系统动力学通用建模方法与动态激励影响规律研究[D]. 常乐浩.西北工业大学 2014
硕士论文
[1]水面舰船噪声预报策略与声学防护研究[D]. 梁谦.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于ANSYS的齿轮减速箱的仿真技术研究[D]. 郑群川.西安电子科技大学 2011
[3]齿轮箱模态分析和结构优化方法研究[D]. 张学亮.太原理工大学 2010
本文编号：3589432
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