齿轮箱系统振动噪声特性的统计能量分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 齿轮箱系统动力学特性的国内外研究概况
• 1.2.1 齿轮箱系统动态激励的研究
• 1.2.2 齿轮箱系统振动噪声的研究
• 1.3 统计能量分析方法
• 1.3.1 统计能量分析方法的发展过程
• 1.3.2 统计能量分析方法的概述
• 1.3.3 统计能量分析方法的基本假设
• 1.3.4 统计能量分析方法的基本过程
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 齿轮箱类结构系统的动力学模型
• 2.1 引言
• 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
• 2.2.2 振动噪声传递路径
• 2.3 板～轴承～齿轮轴～轴承～板耦合系统的动力学模型
• 2.4 滚动轴承刚度矩阵的理论推导
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 滚动轴承的负载-位移关系
• 2.4.3 滚动轴承刚度矩阵计算公式的建立
• 2.5 滚动轴承刚度矩阵的数值计算
• 2.5.1 滚动轴承平均位移的计算
• 2.5.2 计算实例
• 2.6 本章小结
• 第3章 齿轮箱系统振动功率流的模态解
• 3.1 引言
• 3.2 板～轴承～齿轮轴～轴承～板耦合系统的力位移关系
• 3.3 齿轮轴～轴承组合子系统分析
• 3.4 系统导纳分析
• 3.5 计算实例
• 3.6 本章小结
• 第4章 统计能量分析方法对齿轮箱系统的应用
• 4.1 引言
• 4.2 统计能量分析模型
• 4.2.1 子系统的划分
• 4.2.2 能量平衡方程
• 4.3 SEA参数的确定
• 4.3.1 模态密度的确定
• 4.3.2 内损耗因子的确定
• 4.3.3 耦合损耗因子的确定
• 4.4 振动能量的传递特性及影响因素分析
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表