复杂激励下船用齿轮箱动态特性分析及动力性能优化

发布时间：2017-05-18 15:08

  本文关键词：复杂激励下船用齿轮箱动态特性分析及动力性能优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动是各种机械设备中应用最为广泛的动力和运动传递形式，其动态特性对齿轮装置乃至整个机械系统有着至关重要的影响。随着机械工业的飞速发展，齿轮装置正朝着大功率、高转速、低噪声、轻量化方向发展，减振降噪已成为高速重载齿轮系统备受关注的问题。本文以船用齿轮箱为研究对象，运用齿轮啮合原理、非线性动力学理论及优化设计方法，开展复杂激励下高速重载齿轮系统动态特性分析及动力性能优化研究，对于齿轮箱的低噪声、轻量化设计具有十分重要的理论意义和应用前景。 论文课题来源于国家自然科学基金项目，主要研究工作如下： ①考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿综合误差、齿侧间隙、齿面摩擦等因素，建立了复杂激励下船用齿轮箱传动系统非线性耦合动力学集中参数模型，采用Runge-Kutta法对量纲一化后的动力学方程进行数值仿真，分析其时间历程曲线、频谱图、相轨迹、庞加莱截面、分岔图以及动载荷系数曲线，研究了不同参数对系统非线性动力学特性的影响。 ②模拟了包括齿轮刚度激励、误差激励及啮合冲击激励在内的船用齿轮箱多级齿轮副内部动态激励，借助ANSYS/APDL语言，建立了船用齿轮箱参数化动力有限元分析模型，采用分块Lanczos法对齿轮箱进行模态分析，利用完全法对齿轮系统进行动态响应仿真，得出了齿轮箱的固有频率、固有振型以及振动位移、振动速度、振动加速度响应。 ③结合多目标优化设计理论，提出了同时考虑模态参数和动态响应参数的齿轮箱动力性能优化方法。以齿轮箱表面评价点的振动加速度均方根值最小、系统固有频率避开激振频率为目标，借助ANSYS软件，建立了基于线性加权的齿轮箱多目标优化模型；通过零阶优化求解，，得出动力优化后齿轮箱表面评价点的振动加速度均方根值减小了16%，箱体静强度和刚度分别提高了39%和53%，齿轮箱动力优化效果良好。
【关键词】：船用齿轮箱 非线性动力学 多目标优化 有限元法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题学术意义及实用意义8
• 1.2 国内外研究现状8-11
• 1.2.1 齿轮系统非线性动力学研究现状8-10
• 1.2.2 频率优化研究现状10
• 1.2.3 动力响应优化研究现状10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-14
• 2 齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析14-42
• 2.1 引言14-15
• 2.2 船用齿轮箱齿轮传动系统动力学模型15-22
• 2.2.1 齿轮传动系统的结构形式15-16
• 2.2.2 齿轮传动系统非线性动力学数学模型16-22
• 2.3 齿轮传动系统非线性动力学方程求解22-24
• 2.3.1 轮齿综合啮合刚度22-23
• 2.3.2 轮齿啮合误差23-24
• 2.3.3 齿侧间隙24
• 2.4 齿轮传动系统非线性振动特性分析24-40
• 2.4.1 转速对系统非线性振动特性的影响24-29
• 2.4.2 齿侧间隙对系统非线性振动特性的影响29-32
• 2.4.3 支承刚度对系统非线性振动特性的影响32-35
• 2.4.4 轮齿啮合误差对系统非线性振动特性的影响35-38
• 2.4.5 外载荷对系统非线性振动特性的影响38-40
• 2.5 本章小结40-42
• 3 船用齿轮箱模态及动态响应有限元分析42-64
• 3.1 引言42
• 3.2 基于有限元法的动力学分析理论42-45
• 3.2.1 模态分析理论44
• 3.2.2 动态响应分析44-45
• 3.3 船用齿轮箱动力有限元分析模型45-46
• 3.4 船用齿轮箱模态分析46-50
• 3.5 船用齿轮箱动态响应分析50-62
• 3.5.1 齿轮系统内部激励数值模拟50-52
• 3.5.2 船用齿轮箱动态响应分析模型52
• 3.5.3 动态响应分析结果52-62
• 3.6 本章小结62-64
• 4 船用齿轮箱动力性能优化64-88
• 4.1 引言64
• 4.2 优化设计的基本知识64-66
• 4.2.1 多目标优化设计64-65
• 4.2.2 ANSYS 的优化方法65-66
• 4.3 船用齿轮箱动力性能优化模型66-68
• 4.3.1 目标函数66-67
• 4.3.2 设计变量67
• 4.3.3 状态变量67-68
• 4.3.4 优化设计流程68
• 4.4 齿轮箱动力性能优化结果68-74
• 4.5 齿轮箱优化结果验证74-86
• 4.5.1 齿轮系统固有特性验证75
• 4.5.2 齿轮系统动态响应验证75-85
• 4.5.3 箱体静强度验证85-86
• 4.6 本章小结86-88
• 5 结论与展望88-90
• 5.1 结论88
• 5.2 展望88-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-96
• 附录96
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录96
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目96

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  本文关键词：复杂激励下船用齿轮箱动态特性分析及动力性能优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：376365