齿轮箱轴承结合部动力学参数识别及其动态性能研究

发布时间：2017-09-05 05:33

  本文关键词：齿轮箱轴承结合部动力学参数识别及其动态性能研究

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【摘要】：摘要：齿轮传动系统是各种机械装备中应用最广泛的动力和运动传递形式,齿轮箱的振动是轴、齿轮、轴承、箱体等多种振动的综合作用。在建立具有结合部的齿轮箱系统动力学分析模型时,普遍存在结合部难于精确模拟的问题,轴承的支承刚度和阻尼对轴系以及整个齿轮箱系统的动力学特性有重要的影响。所以,要精确建立齿轮箱的有限元动力学模型,进行结构的动态性能分析和动态设计,就必须正确处理轴承结合部的等效模拟问题。 本文以某单级传动齿轮箱为研究对象,基于振动理论、有限元模态分析、模态试验及参数优化方法,提出一种精确识别轴承结合部等效刚度的方法,并将识别得到的参数应用于有限元动态响应分析中,得到较精确的齿轮箱固有特性和动力响应结果。全文的研究内容及结果如下： 1.基于Abaqus有限元分析软件建立齿轮箱有限元分析模型,采用spring单元模拟轴承三个方向的等效刚度,对简化结合部参数下的齿轮箱各部件及系统进行有限元模态分析。 2.搭建模态测试系统,设计试验方案,对齿轮箱各部件及系统进行模态试验,得到包含轴承结合部信息的各阶固有频率和振型。 3.在齿轮箱有限元模态分析和模态试验的基础上,采用优化方法对轴承的刚度参数进行寻优,通过模态参数与物理参数的关系对轴承等效阻尼进行数值反推。 4.建立齿轮副扭转振动多体动力学模型,仿真计算得到齿轮啮合过程中的轴承动态支反力,应用Abaqus的模态瞬态动力学方法计算轴、齿轮、轴承和箱体组成的齿轮箱的动态响应。 5.搭建齿轮箱试验台,对齿轮箱正常工作状态下进行振动测试,并将试验结果与仿真分析结果进行比较。 研究结果表明,本文提出的理论与试验相结合识别轴承结合部等效参数的方法具有良好的模拟精度,所建立的有限元分析模型与试验模型动态性能一致性好,其方法可应用于工程实际问题的分析。图55副,表16个,参考文献86篇。
【关键词】：齿轮箱 有限元分析 模态试验 轴承结合部 动态响应
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 研究背景10-11
• 1.3 齿轮箱动态性能分析的国内外研究概况11-13
• 1.3.1 齿轮箱固有特性分析研究现状11-12
• 1.3.2 齿轮箱动态响应分析研究现状12-13
• 1.4 结合部参数识别的国内外研究概况13-15
• 1.4.1. 结合部接触特性研究现状13-15
• 1.4.2. 轴承结合部参数识别研究现状15
• 1.5 本文的主要研究内容15-17
• 1.6 小结17-18
• 2 简化结合部参数下的齿轮箱有限元模态分析18-31
• 2.1 前言18
• 2.2 有限元模态分析的理论和方法18-19
• 2.3 齿轮箱的建模19-24
• 2.3.1 几何建模19-21
• 2.3.2 网格单元的选择21-23
• 2.3.3 结合部及边界条件的处理23-24
• 2.4 有限元模态分析及结果24-30
• 2.4.1 齿轮箱各部件有限元模态分析及结果24-28
• 2.4.2 齿轮箱有限元模态分析及结果28-30
• 2.5 小结30-31
• 3 基于LMS模态测试系统的齿轮箱模态试验31-52
• 3.1 前言31
• 3.2 模态试验理论和方法31-38
• 3.2.1 模态试验的理论基础31-32
• 3.2.2 模态参数估计方法32-34
• 3.2.3 多参考点最小二乘复频域法34-38
• 3.3 模态测试系统搭建38-41
• 3.3.1 模态测试系统的组成38-39
• 3.3.2 模态试验方案设计39-41
• 3.4 模态试验及结果41-51
• 3.4.1 齿轮的锤击试验41-45
• 3.4.2 齿轮箱各部件模态试验及结果45-49
• 3.4.3 齿轮箱模态试验及结果49-51
• 3.5 小结51-52
• 4 基于有限元模态分析和模态试验的轴承结合部动力学参数识别研究52-64
• 4.1 前言52
• 4.2 有限元模态分析与模态试验结果的比较52-55
• 4.2.1 单个部件的比较52-54
• 4.2.2 齿轮箱系统的比较54-55
• 4.2.3 误差分析55
• 4.3 轴承等效刚度的Isight参数寻优55-61
• 4.3.1 参数寻优数学模型55-57
• 4.3.2 优化流程控制57-58
• 4.3.3 多目标优化方法58-59
• 4.3.4 优化结果分析59-61
• 4.4 轴承等效阻尼的识别61-63
• 4.4.1 轴系振动模型61-62
• 4.4.2 阻尼参数识别结果62-63
• 4.5 小结63-64
• 5 实际结合部参数下的齿轮箱动态响应仿真计算64-75
• 5.1 前言64
• 5.2 齿轮副啮合振动动力学分析64-65
• 5.3 齿轮箱动态激励分析65-67
• 5.3.1 齿轮啮合刚度激励65-66
• 5.3.2 齿轮误差激励66
• 5.3.3 齿轮啮合冲击激励66-67
• 5.4 轴承支反力的计算67-70
• 5.4.1 齿轮副啮合振动多体动力学模型67-68
• 5.4.2 仿真分析结果68-70
• 5.5 齿轮箱动态响应的有限元分析70-74
• 5.5.1 Abaqus动态响应分析模型70-72
• 5.5.2 动态响应计算结果72-74
• 5.6 小结74-75
• 6 齿轮箱动态响应仿真计算的实验验证75-83
• 6.1 前言75
• 6.2 齿轮箱试验台搭建75-76
• 6.3 齿轮箱动态响应测试及结果76-78
• 6.4 仿真计算与实验的比较78-82
• 6.4.1 加速度时间历程78-80
• 6.4.2 振动烈度80-81
• 6.4.3 各转速下的齿轮箱振动响应81-82
• 6.5 小结82-83
• 7 总结83-85
• 7.1 全文总结83-84
• 7.2 本文的创新点84
• 7.3 后续工作展望84-85
• 参考文献85-91
• 攻读硕士期间主要研究成果91-92
• 致谢92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 常山,尹逊民;传动齿轮箱体的振动模态分析[J];舰船科学技术;2000年05期

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本文编号：796143