基于能量有限元的齿轮箱系统建模与振动控制研究

发布时间：2017-07-29 22:30

  本文关键词：基于能量有限元的齿轮箱系统建模与振动控制研究

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【摘要】：齿轮箱系统就是通过传动齿轮来传递功率的齿轮传递组件。一般是由齿轮、轴、轴承和箱体等组成。广泛应用于航空、航海、电力、运输等各种工业设备中,其振动噪声问题受到广泛关注。随着现代工程技术的不断发展,齿轮箱系统传递功率不断提高,轻薄的结构和加快的转速使得齿轮箱系统的高频振动噪声问题越来越突出,这不仅影响了设备的精度和安全,同时对环境也造成了巨大的噪声问题,严重影响了人们的生产生活。基于此对齿轮箱系统振动噪声问题的研究具有重要的理论价值和现实意义。本文从能量传递的角度出发,建立了齿轮箱弹性耦合系统振动分析模型,研究了齿轮箱振动传递通道的能量平衡方程。应用导纳理论,分析了齿轮箱系统复杂耦合结构能量传递特性。基于能量有限元法建立了包含轴承在内的齿轮箱整体结构组集矩阵。最后对各种结构参数对能量传递特性的影响进行了研究,为系统优化提供了理论基础。本文所使用的能量有限元法能够克服传统有限元法只适合低频段的局限,同时又具有较统计能量法更加精确的分析精度,并可得到各子结构内部具体的能量分布信息。 首先,本文研究了齿轮箱系统振动噪声产生机理,并分析了振动的传播路径,建立了齿轮箱弹性耦合系统振动分析模型。通过求解作为振动传递通道的齿轮轴上的功率流和能量密度,推导了系统能量平衡方程,并分析讨论了各种边界条件下的功率流边界条件。 其次,讨论了应用有限元法对能量平衡方程进行求解的方法。将齿轮箱振动传递通道离散为一维波导单元耦合结构,应用Galerkin法推导了通道单元矩阵方程；而后分析并利用振动通道单元间的能量传输关系,将单元矩阵进行组集,建立了齿轮箱系统的能量有限元模型。 最后,通过一个具体算例探讨了基于能量有限元模型的齿轮箱系统振动能量分析的实际应用,包括能量传递系数的计算、分析,输入功率的估算,不同阻尼、刚度结构参数下的振动能量传递与分布情况分析,以及从能量分布观点的齿轮箱优化设计思想等。
【关键词】：能量有限元 齿轮箱 导纳 振动分析
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41;TB535
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题的背景和意义13-14
• 1.2 齿轮箱系统振声特性在国内外研究的概况14-17
• 1.2.1 齿轮箱系统模型的研究14-15
• 1.2.2 齿轮箱系统振动噪声的研究15-17
• 1.3 结构振动分析方法17-21
• 1.3.1 有限元法17
• 1.3.2 统计能量法17-19
• 1.3.3 能量有限元分析方法19-21
• 1.4 本文研究的内容21-23
• 第2章 齿轮箱系统振动传递通道的能量平衡方程23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 齿轮箱弹性耦合系统振动分析模型23-27
• 2.2.1 齿轮箱系统振动与噪声产生机理23-24
• 2.2.2 齿轮箱系统振动噪声传递路径分析24-26
• 2.2.3 齿轮箱弹性耦合系统振动分析模型的建立26-27
• 2.3 齿轮箱振动传递通道中的弯曲波能量密度及波导功率流27-31
• 2.3.1 振动传递通道的能量密度表达式28-31
• 2.3.2 振动传递通道的功率流表达式31
• 2.4 齿轮箱振动传递通道的单元能量平衡方程31-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 齿轮箱系统能量平衡方程的有限元解法37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 齿轮箱系统的能量有限元矩阵方程37-46
• 3.2.1 Galerkin加权余量法37-38
• 3.2.2 齿轮箱振动传递通道的离散单元矩阵方程38-42
• 3.2.3 单元矩阵方程组集42-46
• 3.3 单元耦合边界上的能量传递系数46-51
• 3.3.1 梁结构在约束边界上的能量透射和反射系数的定义46-49
• 3.3.2 复杂耦合边界能量传递系数的计算方法49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 基于能量有限元法的齿轮箱系统振动分析53-77
• 4.1 引言53
• 4.2 齿轮箱系统的能量有限元模型53-67
• 4.2.1 齿轮箱振动传递通道的线性插值能量有限元模型53-55
• 4.2.2 单元耦合边界能量传递系数的确定55-60
• 4.2.3 简谐激励输入功率的估算60-67
• 4.3 齿轮箱系统振动能量传递与分布特性分析67-75
• 4.3.1 耦合边界能量传递特性分析67-69
• 4.3.2 输入功率影响因素分析69-71
• 4.3.3 振动能量分布特性分析71-75
• 4.4 本章小结75-77
• 总结与展望77-81
• 总结77-79
• 展望79-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-88
• 学位论文评阅及答辩情况表88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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5 彭如海,刘杰,彭R，

本文编号：591412