齿轮箱系统振动噪声特性的统计能量分析

发布时间：2020-01-26 13:57

【摘要】：齿轮箱传动系统在各种工业设备中均有广泛应用,其振动噪声问题是个由来已久的议题。随着现代工业不断向着高速、轻质、低能耗和高性能的方向发展,齿轮箱系统的传递功率不断增大,转速不断加快,而结构日趋轻薄,使其面临着越来越多的高频振动噪声问题。由于振动噪声不仅影响工作人员的工作条件,还将造成机械设备动态性能的恶化,研究适用于齿轮箱系统的高频动力学问题的分析方法具有重要的理论和应用价值。本文基于振动能量传递观点和振动功率流理论,研究了齿轮箱系统中由齿轮啮合激励导致的振动功率流的计算方法,并应用统计能量分析原理对齿轮箱系统振动能量的传递特性及影响因素进行了分析。本文首先通过分析齿轮箱系统振动噪声产生的机理及其传递路径,建立了轴系传动系统中的典型组合结构——板～轴承～齿轮轴～轴承～板耦合系统的动力学模型,研究了系统的动力传递及变形协调关系,并讨论了能量传递路径上的重要环节轴承的刚度矩阵的理论推导和数值计算。其次,以板～轴承～齿轮轴～轴承～板耦合系统为研究对象,应用导纳分析方法,推导了传动轴(梁)和箱板在齿轮啮合激励下发生弯曲振动时的动力传递方程,以及激励力对系统的输入功率流和通过滚动轴承传递到箱板的振动功率流的导纳矩阵表达式。结合实际算例,将箱板近似简化为四边简支矩形薄板,计算了系统的传递功率流频谱。以上述工作为基础,考虑到齿轮箱系统高频振动的模态密集性,从统计能量分析角度对系统的振动能量传递特性作了进一步的深入研究。由于实际工程中有限轴模态的稀疏性和孤立性,将箱板与有限轴的耦合等效为与单个弹簧振子耦合,推导了它们之间耦合损耗因子的计算公式；并将统计能量分析的结果与其相应的功率流模态解进行了比较,显示两者有较好的吻合。最后应用上述分析方法,对齿轮箱系统振动能量的传递特性及影响因素进行了分析,揭示了轴承的刚度、齿轮的安装位置等因素对系统振动能量传递的影响规律。
【图文】：

系统简化,齿轮箱,物理模型

2.2齿轮箱系统振动噪声产生的机理及传递路径2.2.1振动噪声产生的机理如图2一1所示齿轮箱系统一般由齿轮、轴、轴承和箱体等组成。在齿轮箱系统传动中，当齿轮发生啮合时，，其轮齿啮合的重合度数一般不为整数，在啮合的过程中会出现单齿啮合和双齿啮合。单齿啮合时轮齿变形较大，其对应的齿轮啮合刚度较小;双齿啮合时轮齿变形较小，其对应的齿轮啮合刚度较大。这样在齿轮副连续啮合过程中，随着单齿啮合和双齿啮合的交替进行，齿轮啮合刚度和啮合力就会发生周期性变化，从而导致周期性的刚度激励。此外，当单齿啮合和双齿啮合交替时，原来相互啮合的轮齿承受的载荷就会相对减少，它们就会立即向着载荷反方向恢复变形，从而给齿轮轮体一个切向加速度。再加上原来啮合轮齿在受载下的弯曲变形及齿轮本身的制造和安装误差

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2.2.2振动噪声传递路径在齿轮啮合位置由于刚度激振、误差激励和脉动冲击，使齿轮在回转过程中会产生振动。正如图2一1所示，齿轮的振动又会引起轴的振动，并通过轴承将振动传递给齿轮箱，引起箱体的振动，从而产生噪声，而在传递过程中齿轮、轴和轴承本身的振动也都会产生噪声。此外，在齿轮啮合部位产生的冲击振动会压迫周围空气，发射出空气噪声，这种噪声也经齿轮箱体扩散传播到周围环境中，产生声辐射现象。归纳起来齿轮箱振动噪声主要有两条传播路径:固体声(也称作结构噪声)传播路径和空气声传播路径，图2一2为其传播路径示意图。空空气噪声声轮轮齿啮合合齿齿轮轮体‘‘‘车由由由轴承承—固体噪声-一一一一空气噪声图2一2齿轮箱系统振动噪声传播途径 2.3板~轴承一齿轮轴一轴承一板祸合系统的动力学模型一般在齿轮箱系统中，齿轮、轴和轴承的表面积远小于齿轮箱体
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH132.41

【引证文献】