基于子结构法的齿轮箱-基座耦合系统结构振动仿真研究

为了提高齿轮箱-基座耦合系统结构振动分析的计算效率,采用子结构法提取了基座在与齿轮箱各连接点处的等效质量和等效刚度,并用质量单元和刚度单元对基座进行了等效。在此基础上建立了齿轮箱-基座耦合系统的结构振动分析模型,完成了齿轮箱-基座耦合系统的结构振动分析,并与全有限元法的分析结果进行了对比。结果表明:采用子结构法分析获得的齿轮箱-基座耦合系统在各连接点处的有效加速度级与全有限元法分析结果间的差距均未超过3dB,同时子结构法的分析时间仅为全有限元法的38. 5%。

子结构法在齿轮-箱体-基座耦合系统辐射噪声仿真中的应用研究

为了提高齿轮-箱体-基座耦合系统辐射噪声分析的计算效率,采用子结构法提取基座在与箱体各连接点处的等效质量和等效刚度,并用质量单元和弹簧单元对基座进行等效。在此基础上建立齿轮-箱体-基座耦合系统的辐射噪声分析模型,完成辐射噪声分析,并与全有限元/边界元法的分析结果进行对比。结果表明:采用子结构法分析获得的耦合系统在各场点处的有效声压级与全有限元/边界元法分析结果间的差距均未超过4.5dB,而该方法的分析时间仅为全有限元/边界元法的32.7%。

齿轮耦合的转子-轴承系统非线性动力特性的研究

在考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙、脱齿、挤齿及齿背接触 等因素的情况下，建立了齿轮耦合的转子—滑动轴承系统的多自由度动力学模型。用数值方 法研究了该系统的质量不平衡响应，结果发现，由于齿轮时变啮合刚度的影响，随着转速的 增加，系统动力学响应首先由周期运动向准周期运动变化，当转速超过某一值时，系统的响应将由准周期运动发展为混沌运动；由于混沌运动，转子将沿齿轮中心线方向产生很大的变 形，脱齿、齿背接触及挤齿现象也将发生，可能导致系统产生破坏。

齿轮耦合的转子-轴承系统的非线性模型

在考虑滑动轴承非线性油膜力、齿轮时变啮合刚度、齿面间的摩擦力以及齿侧间隙的情况下 ,推导出了齿轮耦合的转子 -轴承系统的非线性动力学模型 ,该模型是一个包含强非线性项的非自治系统 ,蕴含着丰富的动力学内容。

齿轮-轴系耦合系统振动特性有限元分析

以某机组齿轮传动系统为研究对象,根据转子动力学基本理论和齿轮啮合原理,建立了某齿轮传动系统的齿轮-轴系耦合系统振动有限元模型。分别对该系统未耦合齿轮转子系统和齿轮-轴系耦合系统进行了弯曲模态和弯扭耦合模态进行了对比分析,分析了啮合刚度对耦合转子临界转速的影响。在此基础上,对未耦合和耦合齿轮系统进行了不平衡响应研究。研究结果为齿轮-轴系耦合系统的动力学设计提供了一定的理论参考。

参数对齿轮耦合的转子-轴承系统响应的影响

根据线性动力学理论 ,建立了齿轮耦合的转子 -轴承系统的运动方程。用数值分析方法 ,研究了齿轮传动比、压力角、螺旋角、齿轮位置、功率、轴承间隙比与宽径比对系统不平衡响应的影响。结果发现 ,除压力角外 ,其它参数对系统响应有明显影响 ,通过调整系统参数 。

齿轮耦合对转子-轴承系统固有特性的影响

计算了齿轮耦合的转子 -轴承系统及其非耦合子系统的特征值及其振型 ,并对特征值和振型进行了比较。在耦合系统中 ,子系统的某些特征值及其振型没有产生变化 ,而另一些却发生了变化。新产生的振型多为弯扭耦合振型。在大多数振型中 ,每一个子系统都有位移产生 ,因此 ,一个子系统中的不平衡质量将引起整个系统产生振动。

复杂齿轮耦合转子-轴承系统动力学的规范建模方法

由于齿轮的耦合作用,齿轮-转子-轴承系统中各个转子的振动是相互耦合、相互影响的,研究齿轮-转子-轴承系统动力学,必须基于系统的、整体的观念进行分析。因此,齿轮-转子-轴承耦合系统动力学建模和模型降阶一直是人们普遍关注的问题。基于齿廓啮合基本定理,给出了直齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮共4种齿轮的几何耦合模型(或称运动耦合模型);利用耦合模型矩阵,给出了含以上4种齿轮副的复杂齿轮转子-轴承系统纵-弯-扭耦合动力学研究的统一、方便、规范的建模方法。为复杂齿轮-转子-轴承耦合系统动力学分析研究提供了方便。

齿轮-轴系耦合系统动力学特性有限元分析

采用三维实体单元有限元法,建立了某齿轮-轴系耦合系统动力学有限元模型,计算了考虑齿轮啮合接触的齿轮系统的固有频率和模态,分析了内部激励作用下耦合系统的非线性动力响应,研究了耦合系统的位移、速度和加速度响应。结果表明,耦合系统的第1阶固有频率远高于齿轮传动系统的工作频率,耦合系统中出现了多阶派生耦合振型。功率频谱呈连续分布,转子系统呈现典型的非线性振动特征。系统位移的最大值出现在1阶固有频率附近,而速度和加速度的最大值出现在高阶固有频率附近。

刚柔耦合的风电机组齿轮箱传动系统动力学仿真

某风力发电机齿轮箱传动系统的振动分析,针对其1级行星轮加2级平行轴传动的结构,利用三维建模软件建立了系统的刚体模型,并将齿轮箱传动系统的中速轴和高速轴柔性化,建立了刚柔耦合模型。借助动力学分析软件,分别从位移、速度、啮合力、角加速度4个方面对2种模型进行动态特性分析,发现刚柔耦合模型的动力学特性要比刚性模型更加符合实际情况。

齿轮耦合对转子-轴承系统稳定性的影响

基于一种精细的齿轮弯扭耦合模型，本文研究了齿轮－转子－轴承系统的弯扭耦合振动以及齿轮耦合对系统稳定性的影响，并提供了相应的算例和分析结构。

电机-行星齿轮集成系统动力学建模与分析

提出了一种用于电动汽车的新型一体化电机-行星齿轮集成系统构型。该构型取消了电机输出端轴承支撑,电机输出轴直接与太阳轮连接并由其支撑。针对该新构型,建立了电机-行星齿轮系统的机电耦合动力学模型,研究了稳定转速和变速过程下系统动力学特性,揭示了该集成系统的机电耦合作用机理。研究发现:由于行星齿轮机构的对称性,取消电机输出端轴承支撑并不会明显恶化系统动力学特性,反而在行星齿轮机构对称性遭到破坏时,可以明显改善系统动力学特性,从而验证了所提构型的可行性。

基于刚-柔耦合模型的高速机车齿轮传动系统断齿故障仿真分析

用三维建模软件SOLIDWORKS对DF4B型机车走行部传动系统进行建模,并利用有限元软件ANSYS对故障齿轮进行柔性建模,再将三维模型导入动力学仿真软件ADAMS中,建立刚-柔耦合模型并进行仿真,最后分析了不同测点处的振动仿真结果。结果表明:通过对不同故障齿轮的振动信号进行频谱分析可准确的判断出故障的发生频率及故障的严重程度。通过对同一故障的不同测点进行分析可知振动信号的传递性,从而为状态监测中传感器的布置提供了理论依据。

机电复合传动高线速转子-行星齿轮系统耦合振动特性

机电复合传动系统作为未来传动形式的主要发展方向,有着传递功率大,运转速度高等特点。在运行过程中转子自身由于高转速所带来的振动会与行星齿轮啮合时产生的振动相互影响,从而形成转子-行星齿轮系统耦合振动过程。建立了机电复合传动转子-行星齿轮系统耦合振动动力学模型,分析了不同转速下转子-行星齿轮系统振动特性,开展了转子-行星齿轮系统模态分析并将模态分析结果与振动特性进行了对比,通过研究转子-行星齿轮系统的振动特性,揭示了系统振动随转速升高而增大,在经过一定转速区间时振动会维持在一定水平内,随着转速继续升高,系统振动又将逐渐增大。通过研究得到了齿轮系统与驱动电机转子耦合作用下的振动特性,为机电复合传动系统高速化设计提供了理论依据。

复合故障状态下行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性研究

目前,国内外学者对齿轮-转子耦合系统的动力学特性进行了研究,但是上述研究均没有考虑行星齿轮-转子复合故障状态。为此,以单级行星齿轮箱为例,通过构建含转子偏心和齿根裂纹故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型,对复合故障状态下的行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性进行了仿真分析和实验研究。首先,采用了集中参数法和Timoshenko梁理论,考虑了时变啮合刚度、支撑刚度、阻尼、陀螺效应、传动轴柔性等因素,建立了含转轴偏心-齿根裂纹复合故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型;然后,采用了时间历程、频谱、轴心轨迹及相轨迹等方法,并根据其数值分析了不同故障对系统动态特性的影响,研究了偏心状态下裂纹扩展对系统振动响应特性的影响;最后,采用不同裂纹故障测试实验,验证了模型的准确性。研究结果表明:转轴偏心对啮合振动的影响显著,在行星轮系故障特性的分析中不可忽视;偏心-裂纹耦合影响下,系统振动响应由不平衡振动、正常啮合振动、故障冲击振动多源耦合而成,频谱中出现了转频f_( r)、啮合谐波kf _(m)以及复杂边带成分kf _(m)±f _(r)、kf _(m)±f _(r)±nf _(sc),并且随着裂纹程度的加大,调制现象更加明显。该研究结果可以为行星齿轮-转子系统复合故障诊断提供一定的理论依据。

高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析

齿轮箱是高速列车运行的重要部分,对某型号齿轮箱,应用Ansys建立有限元仿真模型,对其进行热-结构耦合分析。首先使用FLUENT完成齿轮箱的稳态温度场的分析,其结果再作为齿轮箱静力学分析的边界条件,得到了齿轮箱箱体的应力应变分析结果,确定了此齿轮箱箱体有缺陷的地方,进一步提高高速列车运行的安全性。

风电齿轮箱传动系统的动力学建模

由于风速的随机性特点,使得风电齿轮箱长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱内部结构的损坏.为了更好地对齿轮箱进行动力学分析,将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量法,在直齿轮、斜齿轮和行星齿轮动力学模型的基础上,建立了整个齿轮箱传动系统的动力学模型;并在考虑齿轮啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、偏心量、弯扭耦合、自身重力以及支撑轴承等因素的共同作用下,利用拉格朗日方程推导了整个传动系统的动力学方程.为今后分析兆瓦级风电齿轮箱传动系统的固有特性、动态响应等动力学特性奠定了一定的基础.

考虑齿轮偏心的风力机齿轮箱高速级传动系统非线性动力响应分析

为了研究风力机高速级齿轮传动系统非线性动力学响应,采用集中参数法建立16自由度齿轮-转子-滚动轴承弯扭耦合非线性动力学模型。该模型考虑时变啮合刚度、传递误差、齿侧间隙、齿轮偏心及齿面摩擦等非线性因素,应用Runge-Kutta算法对系统的微分方程进行求解,结合系统时域图、FFT频谱图、相图、Poincaré截面图和三维频谱图,分析齿侧间隙与偏心量对系统响应的影响。结果表明,由于弯扭耦合的作用,齿侧间隙和偏心量均对系统的扭转振动有明显影响。随着齿侧间隙增大,系统的扭转振动角位移增大,但各频率成分未发生明显改变。应选择合适的齿侧间隙,以减小系统的振动响应幅值、倍频和随机谱成分。随着齿轮偏心量增大,齿轮在扭转方向上振动幅值的波动较大,从动轴转频幅值激增,系统由周期运动渐变为混沌运动,因此在系统设计阶段应尽量避免齿轮偏心现象的出现。

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。

齿轮激励下齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律试验研究

[目的]为了研究船用齿轮传动-推进系统的动态响应特性及影响规律,开展一系列台架试验。[方法]首先,搭建包含跨接齿轮箱的双轴齿轮传动-推进系统试验台架;然后,开展齿轮箱体及推进轴系的加速度响应测试,对比分析转速、驱动方式、轴向静推力、螺旋桨模拟轴向动态激励力等因素对系统动态响应特性的影响。[结果]试验结果表明:振动加速度响应在齿轮传动-推进系统中的传递规律以啮合频率及倍频为主,部分工况在30~80 Hz的低频段也存在峰值。[结论]研究结果可为齿轮传动-推进系统的减振降噪设计提供技术支撑。