齿轮传动系统动力学特性的有限元分析及试验方法研究

发布时间：2020-11-16 10:11

　　 一般机械结构总是由许多零部件通过不同种类的结合部联结而成,理论与试验分析表明,零部件之间联接的结合条件对结构性能的理论计算精度,特别是对结构动态特性的有限元计算精度影响很大。所以,要精确建立结构的有限元模型,进行结构的动力分析和动态设计,就必须准确了解结合部特性。然而,进行结构结合部动态特性的研究一直是动力学研究领域的难点之一,虽然国内外学者对此已作过许多努力,提出不少结合部动力学参数的识别与分析方法,但至今仍没有一套比较成熟的理论与方法。 齿轮传动系统由箱体、传动轴、齿轮副以及传动轴的支承部分组成,它是各种机器和机械装备中应用最为广泛的动力和传动形式。齿轮系统中具有轴与轴承支承结合部,以及轮齿啮合结合部,尤其是轴承的支承刚度对轴系以及整个齿轮系统的动力学特征有重要的影响。本文以具体的齿轮减速器系统为研究对象进行理论建模,并采用动态试验和参数识别技术,在实际安装情况下识别出结合部等效参数,将识别的参数应用于有限元分析中,得出较为切合实际的进行动力学分析的有限元模型。 本文基于振动理论、模态及动力响应有限元分析法以及结构模态测试方法三者结合,对齿轮传动系统振动的动力特性预估这一问题提出了一套具有理论和实用价值的分析和试验方法,实现了利用有限元法对齿轮传动系统固有特性和动力响应进行较精确的仿真分析。全文的研究内容及结果如下: 1.将齿轮传动系统划分为传动系统(齿轮轴)和结构系统(箱体),以集中质量法建立齿轮传动系统的弯-扭-轴-摆多自由度振动的动力学模型; 2.利用试验模态分析法识别出系统各结合部的模态参数,并用坐标转换法得出相应的物理参数; 3.分别建立齿轮传动系统和结构系统的三维动力有限元模型,利用试验模态分析识别的结合部物理参数,给出理论模态分析结果; 4.应用齿轮传动系统多自由度振动分析模型和箱体有限元分析模型相结合的方法,计算了由齿轮-传动轴-轴承-箱体组成的齿轮系统的动态响应,给出了齿轮箱受迫振动的位移-时间历程; 5.对整个齿轮传动系统进行了试验模态分析,试验结果与有限元分析结果吻合良好。进行了误差分析。 本文研究结果表明,本文提出的有限元和试验分析方法具有良好的模拟精度,达到了对齿轮系统进行动态特性分析的要求,其方法可应用于工程实际问题的分析。
【学位单位】：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

Fig.2.2 The analysis model of gear system图 2.2 齿轮传动系统分析模型其运动规律如下：横向弯曲振动：由 x、y 方向自由度描述；扭转振动：由θZ方向自由度描述；扭摆振动：由θY方向自由度描述；轴向振动：由 z 方向自由度描述。在每个自由度方向上，等效质量、等效刚度由齿轮和轴的质量、刚度确定，轴承各方向的刚度和阻尼由弹簧和阻尼器进行模拟，轮齿啮合刚度用一对弹簧和阻尼器进行模拟。因此，本文得到的齿轮传动系统的动力学模型即为三维空间动力学模型，它能较好地模拟实际齿轮传动系统的振动形态。2.4 轮齿啮合刚度的建模轮齿啮合刚度是指在整个轮齿啮合区中（如图 2.3 中 A-D 段），参与啮合的各对轮齿的综合效应，它主要与单齿的弹性变形、单对齿的综合弹性变形（综合刚度）以及齿轮的重合度有关[28]。

13Fig.2.3 The deformation curve of gear图 2.3 轮齿变形曲线合弹性变形是指一对轮齿在啮合过程中弹性12δ =δ+δs动轮齿分别是在齿顶与齿根和齿根与齿顶相线如图 2.3（b）中的δS。合综合刚度 kS，如图 2.3（c）所示，可以表12121kkkkkSS+==σ k2分别为主、被动齿轮的单齿刚度，即

.8 The test points of the gearbox in three图 3.8 齿轮传动系统三方向试验测点态激励模态试验与结合部模态参数识别原态激励模态试验测试技术的发展，结构试验的方法也随之进步，技术的限制，一般采用模拟式分析设备，那时，试验，其优点是信噪比较高（单频激励），但测梁、飞机等），难以产生足够的激振能量和达到其前几阶固频往往在 0~5Hz 之间；同时，对于性范围内激励出其固有模态。随着科技的发展，出现，瞬态和随机激励法则应运而生，各种数字励法提供了信号分析和数据处理手段。本课题试态脉冲（冲击）激励的方法进行模态试验。试验原理）单次冲击激励力谱脉冲激励是一种宽频带的动态测试方法，它利用
【引证文献】

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本文编号：2886021