轮齿裂纹对高速列车齿轮箱振动特性影响研究

为探究轮齿裂纹对高速列车齿轮箱振动特性影响,按照是否包含高速列车振动环境影响,依次建立独立齿轮箱模型和整车齿轮箱模型,并利用自定义的啮合力表达式力元和移动MARKER模拟轮齿裂纹故障,在此基础上探究两种模型随着轮齿裂纹深度的增加,齿轮箱振动时域和频域特性的变化规律,同时对比整车振动环境对裂纹故障信号的影响程度。结果表明:相较于独立齿轮箱模型,轮齿裂纹故障对整车齿轮箱振动时域特性的影响虽然呈现出整体上升趋势,但规律性极不明显,局部波动较大,证明高速列车振动环境激扰对轮齿裂纹故障信号有较大的干扰作用;在频域特征方面,整车齿轮箱和独立齿轮箱频谱特征变化均较为明显,出现了以小齿轮转频70 Hz为周期的轮齿裂纹故障特征,且裂纹越深,故障特征幅值越大,因此,通过频谱特征诊断高速列车轮齿裂纹故障是较好的选择,特别是整车振动环境干扰情形下。

基于接触有限元的跨接齿轮啮合刚度计算及激励特性分析

针对齿轮内部激励及齿轮副激励力特性问题,建立跨接齿轮三维有限元模型,基于接触有限元方法对跨接齿轮开展时变啮合刚度的计算;在此基础上建立跨接齿轮-轴-轴承模型,基于有限元软件隐式动力学计算方法,进行动态响应及激励力的计算。结果表明,采用接触有限元方法能够得到跨接齿轮的考虑初始啮合相位的时变啮合刚度,动态激励力以啮合频率为主,伴随有以转动频率为调制频率的边频带。

内激励作用下齿轮箱动态响应与振动噪声分析

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差等内部激励的影响,建立了齿轮箱稳态动响应分析模型。采用模态叠加法进行求解,得到了齿轮箱节点位移动响应时域历程,对激励中各谐波成分对齿轮箱动响应的影响做出了分析。采用声固耦合的方法对齿轮箱噪声辐射进行求解,得到了齿轮箱噪声谱。计算了齿轮箱各板面对声场总声压的贡献度,依据板面贡献度计算结果,提出了模型改进方案,并对各改进方案的降噪效果做出了评估,为齿轮箱的设计提供了理论依据。

考虑啮入冲击作用下减速器的振动噪声分析

以单级圆柱齿轮减速器为研究对象,综合考虑齿轮啮合过程中轮齿时变啮合刚度、误差及啮入冲击的影响,建立了传动系统动力学模型。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了减速器振动辐射噪声,得到齿轮箱声场场点的噪声谱,分析了啮入冲击对减速器振动噪声的影响;阐述了箱体辐射噪声的影响因素,对多工况下齿轮箱振动噪声辐射进行了计算,得到了噪声辐射随齿形误差及负载的变化规律,为减速器的减振降噪设计提供了理论依据。

内激励作用下的单对齿轮振动噪声分析

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差等内部激励的影响,建立了单对齿轮扭转振动物理模型,采用龙哥库塔法进行求解,得到了齿轮节点位移。分析齿轮几何参数对齿轮啮合的振动噪声的影响,并采用修正Kato公式法对振动产生的噪声进行了定量计算。结果表明该方法可以较好地对齿轮振动所产生的噪声进行定量计算,为齿轮系统的降噪设计奠定了基础。

转速与负载对减速器振动噪声的影响研究

以单级圆柱齿轮减速器为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度及误差激励的影响建立了传动系统动力学模型。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法对减速器振动噪声辐射进行了分析,得到了齿轮箱节点动响应时域历程及声场场点噪声谱,论述了激励中各谐波成分对齿轮箱振动噪声辐射的影响。对多工况下齿轮箱振动噪声辐射进行了计算,就转速及负载对减速器振动噪声的影响做出了分析,得到了系统动载荷随转速的变化规律,噪声辐射随负载变化规律以及齿轮箱共振频带分布,为减速器的减振降噪设计提供了理论基础。

含弹性支撑的船用减速器箱体动态特性

为分析弹性支承对船用减速器动态特性的影响,提高其动态性能,综合考虑齿轮时变啮合刚度、齿轮偏心误差及啮合误差等因素的影响,依据各零件作用力传递关系,建立传动系统动力学模型,计算系统动态激励.采用有限元法构建齿轮箱稳态动响应分析模型,应用弹簧单元对其底部支撑进行模拟,依据自编制动响应求解流程,对齿轮箱在系统动激励作用下的稳态响应进行求解,得到齿轮箱节点振动加速度响应时域历程及其频谱.引入齿轮箱隔振系统频率比概念,分析支撑刚度对齿轮箱振动传递及倾斜变形的影响,发现当频率比为2～3时可达到较好的支撑效果,为齿轮箱的设计提供了理论依据.

船用两级行星减速器箱体振动噪声分析

综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差、啮合相位及滑动轴承刚度等因素的影响,建立齿轮箱动响应分析模型。采用自主研发的稳态动响应计算流程对齿轮箱动响应做出了计算,得到了箱体节点振动加速度响应时域历程,对各激励成分对动响应的影响做出了分析。采用声固耦合的方法对齿轮箱声辐射进行求解,得到了齿轮箱噪声谱及声压分布云图。就齿轮箱壁厚、阻尼涂层以及约束阻尼对其噪声辐射的影响做出了讨论,为船用齿轮箱的设计提供了理论依据。

单级人字齿轮减速器振动噪声分析方法研究

以船用人字齿轮减速器为研究对象,依据人字齿轮传动结构特点,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差、惯性力等激励以及人字齿轮轴向定位与滑动轴承支撑等因素,建立了传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,通过求解得到了传动系统轴承动载荷。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了齿轮箱噪声辐射,得到了齿轮箱声场声压分布云图与各场点噪声谱,对齿轮箱噪声的空间分布与频率成分进行了分析。就人字齿轮中间连接刚度与轴向定位刚度对减速器振动噪声的影响进行系统讨论,为减速器的减振降噪设计提供理论基础。

齿轮箱声固耦合系统噪声辐射研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差的影响建立齿轮系统动力学模型,计算得到齿轮系统动载时域历程。建立齿轮箱声固耦合系统模型,采用边界元法对其噪声辐射进行求解,得到齿轮箱噪声谱及各板面对声场总声压的贡献度。依据板面贡献度计算结果,对齿轮箱结构进行适当改进,对结构的改进及结构阻尼所产生的降噪效果做出分析,就不同齿轮类型对齿轮箱噪声辐射的影响进行讨论,为齿轮箱的设计提供理论依据。

单级人字齿轮减速器振动噪声影响因素研究

以船用人字齿轮减速器为研究对象,依据人字齿轮传动结构特点,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差等激励以及人字齿轮轴向定位与滑动轴承支撑等因素,建立了传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,通过求解得到了传动系统轴承动载荷。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了齿轮箱噪声辐射,得到了齿轮箱声场声压分布云图与各场点噪声谱。系统讨论了人字齿轮基本参数(包括齿顶高系数、顶隙系数、齿宽、螺旋角及压力角)以及减速器结构特征(人字齿轮中间连接刚度、轴向定位刚度)对减速器振动噪声的影响,为减速器的减振降噪设计提供了理论基础。

功率分流式混合动力变速器箱体动态特性分析

功率分流式混合动力变速箱内的各齿轮啮合和电机产生的振动噪声是影响整车性能的重要指标,而箱体是变速器的主要噪声辐射件,对箱体进行模态分析有利于对箱体的进一步优化。运用Ansys对某混合动力变速器箱体进行模态分析,得到箱体的固有频率。通过模态试验验证有限元模型的正确性和可靠性。同时给出了理论计算出的前轮固定转速对应的各啮合齿轮的啮合频率,并对箱体在某些恒定车速下的振动情况进行试验,试验表明在一些常用的纯电动工况下,齿轮的啮合频率确实与箱体的固有频率避开,为箱体的前期开发和后期优化提供了依据。

准双曲面齿轮振动噪声试验与预估分析研究

为研究准双曲面齿轮传动机构的啮合振动、辐射噪声与传动误差的关系,建立三者之间的数据同步检测模型;并利用Y9550型锥齿轮滚动检验机搭建了综合试验平台。通过对一副准双曲面齿轮的振动与噪声信号的采集数据对比,分析振动与噪声的时域特征,并进一步分析振动与噪声谱中的频域相关特性。在Kato公式的基础上引伸出准双曲面齿轮的定量分析式,并借助传动误差的检测结果,对多次采集的数据进行以振动代替噪声的预估计算,试验结果表明:准双曲面齿轮的啮合振动能够较准确地反映出传动噪声的状态,并能够反馈到齿轮设计层面上,从而达到降低齿轮振动与噪声的目的,提高传动系统的稳定性。

4级行星齿轮箱振动噪声预估及修形效果分析

为研究修形前后多级行星齿轮箱在复杂激励作用下的振动噪声,以海洋平台升降齿轮箱为对象,建立了耦合4级行星轮系、轴承和箱体的齿轮箱有限元模型,分析了齿轮箱的振动模态;采用静动力接触有限元法求解了修形前后齿轮副的内部动态激励,在此基础上提出了考虑轮齿修形的齿轮箱振动噪声预估方法,利用模态叠加法分别计算了轮齿修形前后齿轮箱的振动响应,并采用声学边界元法对齿轮箱的辐射噪声进行预估。结果表明:修形后4级行星齿轮箱的振动噪声明显降低,对比振动噪声仿真与实测结果,两者吻合良好。

考虑安装误差的拓扑修形斜齿轮承载接触分析

为提高齿轮副承载能力和降低对安装误差的敏感性,提出一种拓扑修形的齿面结构。根据齿廓分段修形和齿向分段修形原理推导出拓扑修形齿面方程,构建含安装误差的修形齿轮副的接触分析(TCA)模型。并对轮齿接触分析和有限元分析,仿真出传动误差和齿面接触应力与剪切力在不同安装误差情况下的分布特征。根据应力分布曲线分析,齿轮副啮入与啮出点的应力幅值相比均值有所下降,为减振降噪创造了良好条件。滚检实验与仿真结果表明,基于成形法磨削的拓扑修形对改善齿面接触印痕,避免边缘接触和降低对安装误差的敏感性具有一定的应用价值。

工况下齿轮变速箱的低噪声优化方法研究(英文)

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。

变风载下风电齿轮箱内部激励规律研究及动态特性优化

风电齿轮箱作为风电机组的关键部件,其动态特性直接影响整个机组的运行。以某兆瓦级风电齿轮箱为研究对象,考虑箱体、行星架的结构柔性后,建立风电齿轮箱耦合动力学模型,并分析了其动态响应。针对单一工况所得的齿轮修形量未必适用于其它工况的问题,对各工况下的风电齿轮箱各级齿轮副内部激励进行了加权处理,以各齿轮内部激励和最小为优化目标,基于遗传算法寻求适用于多工况的最优修形量,并结合齿轮宏观参数优化来改善风电齿轮箱的动态响应。结果表明,通过宏观参数优化及齿轮修形后,各工况下风电齿轮箱的振动加速度及结构噪声均得到了有效改善。研究结果为兆瓦级风电齿轮箱动力学特性优化提供了依据。

箱体结构对减速器振动噪声的影响仿真研究

以单级人字齿轮减速器为研究对象,综合考虑齿轮传动过程中的误差激励、啮合刚度激励建立动力学模型。通过傅里叶级数法求解,得到了轴承动载荷时域历程与频谱。以轴承动载荷为激励,采用FEM/BEM方法计算了减速器辐射噪声,得到齿轮箱声场各场点的噪声谱。通过对箱体结构进行适当改进,计算了不同箱体结构下的辐射噪声。研究并讨论了箱体结构对辐射噪声的影响,得到了肋板对箱体辐射噪声的影响规律,为减速器的减振降噪设计提供了理论依据。

一种改进的非线性接触齿廓修形直齿轮啮合刚度分析方法

时变啮合刚度是齿轮副的周期性内部激励,是齿轮传动系统振动和噪声问题的主要来源。针对齿廓修形的直齿轮啮合刚度计算问题,从能量等效思想出发,结合悬臂梁模型,考虑接触对间的非线性接触,提出了一种改进的非线性接触齿廓修形直齿轮啮合刚度解析模型。首先,在已有文献的基础上,将轮齿简化为齿根圆上的悬臂梁,三维的齿轮副传动模型转换为二维的平面齿廓,进行了接触分析,考虑齿对间的非线性接触,通过能量法构建了齿廓修形直齿轮单齿啮合刚度半解析模型;然后,补充了变形协调与力平衡方程,导出了齿廓修形直齿轮副综合啮合刚度模型;最后,将采用该方法所得结果与有限元计算结果进行了对比,完成了对该计算方法的验证,并分析了不同摩擦系数与齿轮参数对齿轮啮合刚度的影响规律。研究结果表明:相较于传统的有限元计算结果,采用该解析模型得到的计算误差在3%以内,计算速度提高150倍,在精度损失较小的情况下,能够实现对非线性接触齿廓修形圆柱齿轮啮合刚度的快速求解。

SEM30齿轮箱振动噪声分析及优化设计

针对SEM30齿轮箱在运行过程中出现异响的问题,基于多体动力学理论,利用ADAMS建立齿轮副虚拟样机,计算齿轮啮合力。基于有限元法,利用ANSYS计算齿轮箱体的动态响应。响应结果作为边界元法的边界条件,计算齿轮箱体的声学特性。基于声学传递向量(ATV)法,利用VIRTUAL.LAB计算齿轮箱振动噪声的板块贡献量。仿真结果表明,齿轮箱的振动噪声在齿轮箱固有频率与齿轮啮合频率重合或接近时达到最大值,为今后齿轮箱体结构优化设计提供了依据。