工况下齿轮变速箱的低噪声优化方法研究

提出了一种综合方法能够计算来自变速箱稳定的动态响应和噪声辐射。该方法在考虑时变啮合刚度、齿轮误差和轴承箱体的情况下建立圆柱齿轮传动系统的动力学模型,通过求解数学模型获得动态轴承力的数据。此外,以轴承负载力的数据为激励,数值模拟计算出变速箱的振动和噪声辐射,随着节点动态响应时间的变化,获得了变速箱的噪声频谱和共振频率范围。最后,计算了变速箱面板的共振的频率范围。基于变速箱面板声学贡献分析和振型的结论,对两个齿轮箱的刚度进行了改善。对比分析齿轮箱噪声辐射,确认该方法能有效降低噪声的产生,对变速箱的设计提供了有用的理论指导。     

复杂激励下变速箱箱体动态响应分析

动态响应分析用于确定结构承受随时间变化载荷时的动力响应,是工程技术中最普遍的分析内容。对于变速箱箱体来讲,由于运行时轴承处作用力是随时间不断变化且不规则的,因此很难建立准确的激励函数并进行动态响应分析。利用ADAMS建立变速箱传动系统的动力学仿真模型,通过多体动力学分析,得到箱体各轴承座处的动态力;在此基础上利用有限元ANSYS软件将轴承作用力施加到箱体上,并对箱体结构进行了动态响应求解,通过实验验证了该复杂响应分析的可行性。     

5MW风电增速齿轮箱的设计与动力学分析北大核心

针对大功率风电增速齿轮箱设计与研究不足的问题,提出5 MW级设计方案,并进行动力学分析。采用三级传动类型,前两级为2K-H型行星轮系,三级为定轴轮系。通过输入风电载荷谱进行仿真分析与理论计算结果对比,确保计算结果的准确性。利用动力学方法:对行星架进行模态分析,使行星架模态频率避开齿轮啮合频率;对各齿轮副进行传动误差分析,得出各齿轮副传动误差的周期性变化规律与最大误差;对各轴承进行加速度响应分析,得出不同转速下的振动加速度曲线,发现各轴承加速度曲线的波峰与波谷出现重叠的规律,使齿轮箱输入转速避开了峰值。研究内容为大功率风电齿轮箱设计与可靠性分析提供方法。     

基于刚度矩阵单元的斜齿轮传动系统耦合振动有限元分析

推导了斜齿轮传动系统的轮齿啮合刚度矩阵;以及传动轴及支承的弹性变形,利用有限元法建立了考虑轮齿啮合刚度的斜齿轮传动系统的弯-扭-轴-摆耦合振动模型;计算了系统的耦合振动固有模态,并分析了轮齿啮合刚度及轴承支承刚度对系统动态特性的影响。     

机床齿轮箱变速器振动特性分析及优化研究

针对机床在运行过程中需要平稳少振的特点,以某型号的机床齿轮箱变速器为研究对象,分析齿轮箱变速器振动的成因及理论减振方法。利用MASTA软件建立齿轮箱变速器仿真模型,对其进行齿轮耦合模态分析和阶次跟踪分析,得到关注频率内的共振参数和动态啮合力、啮合柔度相位及大小的变化曲线,确定变速器的谐波啮合阶次和响应峰值频率。通过游隙控制分析,获得游隙对齿轮箱变速器振动特性的影响规律,得到不同轴承对响应峰值的作用规律和不同游隙下各谐波阶次对应响应峰值的变化规律。结果表明：优化后的响应峰值显著降低,齿轮传递误差减小,改善了齿轮箱变速器的振动特性。     

齿轮啮合结合部动力学建模及试验验证

针对齿轮传动系统因含有轴承结合部与齿轮啮合结合部而难以精确建立动力学模型的问题,提出了这两个结合部在直齿轮传动系统整体建模时的简化建模方法。根据提出的结合部建模方法以及实体建模的有限元法,对一个特定的齿轮箱建立了完整的动力学模型;通过参数识别和理论计算,分别求解得两结合部的刚度和阻尼系数,并利用有限元法求解得到齿轮箱的各阶模态;对齿轮箱进行模态试验与分析,得到其试验模态,并与试验结果进行对比。结果表明:理论模型计算的固有频率误差最大只有6%,振型也较好地吻合,说明了该方法的齿轮传动系统动力学模型的正确性。     

调制激励下直齿传动系统动力学特性分析

由于加工误差、装配误差等因素的影响,在实际测试中,齿轮传动系统的振动信号频谱在其啮合频率及其倍频程周围均会出现边频带。该文将时变啮合刚度与传动误差简化为调幅-调频调制的傅里叶级数。在此基础上,建立了一个无量纲的5自由度的齿轮传动系统集中参数模型。数值仿真结果表明,调制激励下系统幅-频响应曲线跳跃早于非调制激励;调制激励下系统响应频谱中啮合频率及其倍频附近出现明显的边频带。     

斜齿轮的参数化建模及有限元模态分析

为提高斜齿轮设计的效率,提高其工作的可靠性,避免斜齿轮在传动系统中产生共振。采用了三维造型软件Pro/E实现斜齿轮的参数化建模,采用ANSYS有限元软件对斜齿轮进行有限元模态分析,研究斜齿轮的固有振动特性,得到了斜齿轮的低阶固有振动频率和主振型。所得的结论:斜齿轮的参数化建模,提高了斜齿轮设计的效率;模态分析得到的斜齿轮的低阶固有振动频率和主振型,反映了斜齿轮的动力学性能,在齿轮系统的设计中使工作频率远离齿轮的固有频率,避免发生共振,同时也为斜齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。     

基于拓扑优化方法重载变速箱体轻量化设计

传统变速箱箱体生产遵循保守原则,质量分配不均,自身重量过大。为获得结构合理,质量低的变速箱箱体,以某装载机变速箱箱体为研究对象,采用理论分析计算与仿真相结合的方式对变速箱箱体进行了静力学分析,获得了箱体在最大载荷工况下应力及变形;运用Ansys Workbench软件对箱体进行了模态分析,获得了箱体前10阶的固有频率及振型。基于分析结果采用变密度法,对箱体进行以体积最小为优化目标,以形变和应力为约束条件的结构拓扑优化,在此基础上根据优化后的云图对其进行相对应结构设计。优化后变速箱箱体质量减少11.68%,最大变形量降低20.2%。分析结果表明,优化后的变速箱箱体综合性能得到提高,实现了轻量化设计和提高可靠性的双重目的。     

随机啮合参数下辊轧机传动系统动力学特性分析

建立了斜齿6自由度齿轮弯-扭-轴耦合的辊轧机传动系统模型,使用变步长4阶Runge-Kutta数值积分法,对含有时变啮合刚度激励、传动误差激励以及齿侧间隙激励的传动系统动力学模型进行数值分析,得到辊轧机传动系统的动态响应过程。研究结果表明:时变啮合刚度激励、传动误差激励以及齿侧间隙激励的随机性引起齿轮传动系统不同程度的位移振动,并且振动位移均值及均方差随着随机间隙的离散程度增加而增大;由于从动齿侧处于传动系统末端,承受负载大,因此,从动齿侧的振动位移均值及均方差大于主动齿轮的振动位移均值及均方差。该研究为辊轧机传动系统的工程设计提供了参考。     

基于正交匹配追踪算法的齿轮箱轴承故障诊断及实验验证

为了提高传动振动过程中齿轮箱轴承内外圈故障诊断能力,采用正交匹配追踪(OMP)算法建立了故障诊断模型,并开展仿真分析及实验验证。研究结果表明：通过OMP算法对轴承外圈故障仿真加噪信号进行处理,能够看到信号呈周期性波动,通过频率及其倍频呈现逐步衰减,故障特征明显;经过OMP算法处理的轴承内圈故障仿真纯净信号呈周期性波动,能够看到滚动轴承的故障,轴承内圈通过频率和倍频以及边频带呈现逐步衰减,故障特征明显。为了进一步验证OMP算法处理齿轮故障的有效性,搭建封闭式功率流齿轮箱试验台,OMP重构故障信号谱图中啮合频率360 Hz峰值较低,边频带被完全掩盖,不存在大量的干扰成分。经OMP算法处理过的故障信号的谱图能很好地体现故障特征。     

风电齿轮箱磨损故障建模与分析

为获得磨损故障状态下风电齿轮箱的传动特性,开展仿真实验研究。以MW级风电齿轮箱为研究对象,基于SolidWorks与ADAMS建立相应的虚拟样机,在合理设置仿真参数的基础上,进行健康和两种中间级行星轮磨损状态的动力学仿真。结果表明：通过监测风电齿轮箱高速级小齿轮的角加速度信号,可以判定中间级行星轮是否存在磨损故障;中间级行星轮磨损故障状态下,高速级小齿轮角加速度信号的故障频率幅值随着磨损程度的增大而增大,啮合频率的幅值随着磨损程度的增大而减小;高速级小齿轮角加速度信号的边带啮合频率幅值比可以作为中间级行星轮磨损故障的判别依据,通过该值可以监测磨损故障的变化趋势。     

风电行星轮系动态传动误差计算与分析

风电齿轮箱内的行星齿轮系在运行过程中产生的传动误差分析困难。为解决此问题,考虑行星齿轮系的实际工况,利用三维绘图软件建立多间隙的行星齿轮系非线性有限元模型。采用显式动力学求解方法,结合非线性动力学软件及齿轮啮合原理,讨论风电行星轮系在不同转速和负载时的动态传动误差曲线的变化规律。结果表明:时变啮合刚度和动态传动误差之间有一定的关联;行星轮系的动态传动误差与行星轮的动态传动误差存在差异。通过仿真证明了齿轮啮合刚度和传动误差对风电齿轮箱内的行星齿轮系运行过程有影响,实际应用中采用修边齿轮。     

计入波纹度的柔性角接触球轴承振动特性研究

针对柔性角接触球轴承的振动,建立计入波纹度的柔性角接触球轴承动力学模型,该模型考虑了润滑和轴承内外圈表面波纹度对轴承动力学的影响。在此基础上研究了轴承内外圈波纹度幅值对角接触球轴承振动的影响,仿真结果表明：角接触球轴承的振动随内外圈波纹度幅值的增加而增强,柔性环的振动比刚性圈体的振动大,波纹度阶数也会影响加速度的特征频率,且在旋转过程中产生的柔性变形加剧了内外圈波纹度对振动的影响。搭建轴承振动实验台,验证了动力学模型的正确性。     

超高速磨削主轴系统的动态有限元分析

运用有限元分析软件ANSYS建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型,并对其进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。针对超高速磨削过程中由转速产生的离心力的影响,先对主轴系统进行了静力分析,然后对其进行模态分析,获得各阶固有频率和振型。通过比较得知:考虑预紧力后,主轴系统固有频率都有提高。通过公式计算获得各阶固有频率所对应的临界转速,为磨削加工时避开共振频率提供理论指导。考虑到磨削力对主轴系统的激振力作用,利用Full法对主轴系统进行谐响应分析,获得了主轴跨中节点随激振力频率变化的幅频响应曲线,识别了产生共振的激振力频率。提出了进一步提高主轴动态特性的工艺措施。     

Modelling vibration transmission in the mechanical and control system of a precision machine

The relative vibration between tool and workpiece factors significantly to the performance of a precision machine. This paper develops a model for predicting the vibration transmission from two major excitation sources, ground vibration and fluid bearing force, to the tool and the workpiece position through the mechanical and control system of a precision machine. We synthesised the frequency response functions obtained from a finite element analysis of the machine to create transmissibility matrices that define the dynamic behaviours of the electromechanical system. The validity of the developed model was checked by comparing the measured relative vibrations to the results calculated from the measured excitations.     

直升机救助模拟器支撑横梁随机振动响应分析

为了获取直升机救助模拟器支撑横梁在模拟器激励运动下的振动响应,为进一步研究缓解横梁振动提供参考,在ANSYS Workbench中建立支撑横梁的有限元模型,通过模态分析以及随机振动响应分析获取了横梁的随机振动特性。建立了横梁固有频率的数值模型,并利用ANSYS 的预应力模块,对考虑集中质量的横梁进行模态分析,将横梁固有频率的仿真结果与数值建模的计算值进行比较,两者误差在1%以内。在模态分析基础上,利用ANSYS随机振动响应模块进一步建立了考虑直升机救助模拟器动力学的天车横梁的ANSYS仿真模型,包括横梁激振力模型以及横梁动态响应模型,得到了在直升机模拟器无规律负载作用下天车横梁的振动状态。并与试验结果对比分析,验证了模型的正确性。结果显示：应用 ANSYS求解得到的振动响应曲线与试验测得的曲线吻合良好,验证了该方法求解横梁随机振动响应的适应性,为今后解决柔性基座对运动平台的干扰问题提供参考。