箱式动力结构的振动传递特性分析.pdf

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1、2015年3月第41卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2015V01．4lNo．3http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0245箱式动力结构的振动传递特性分析高维金，王亮+，刘永光(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)摘要：针对箱式动力结构大型化、柔性化的特点，结合有限元法，以二级减速箱为对象研究不同激励条件下齿轮轴-

2、轴承-箱体的振动传递特性．箱体采用Craig—Bampton动力缩减法缩聚到轴承孔中心处作为柔性子结构，啮合传递误差和输入轴扭矩波动分别作为激励源，考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合错位、齿侧间隙、轴向重合度等非线性因素，计及轴段、齿轮的重力效应，基于轴段节点的思想分析了箱体缩聚节点处及轴承内圈处的动态加速度响应．最后基于BlockLanzos法提取箱体的固有特征频率．数值分析结果表明，输出轴轴承在动响应传递过程中没有起到衰减作用，应该替换以防影响整个系统的性能；减速箱的箱体设计保守，可以根据箱体缩聚节点处的动态响应为激励条件进行优化．关键词：Craig—Bamp

3、ton缩减法；啮合时变刚度；啮合传递误差；轴段节点；BlockLanzos法中图分类号：THl32．46文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)03-0509-08在节能减材和领域特殊需求的背景下，多领域的装备朝着大型化、高速化、轻量化的方向发展，其装备构件呈现出了柔性大、结构阻尼小的特点．对于本身内部含有动力源的箱式动力结构，如舰船减速器、风电齿轮箱及直升机齿轮箱⋯等，在实际工作过程中，由于工况的频繁改变，柔性较大的构件可能产生振动，甚至损坏．为了能有效地抑制结构振动，进行如结构动力学优化旧1、基于磁致伸缩作动器的主动控制H1。等，需要对箱式

4、动力结构振动传递机理进行研究．文献[8-11]建立齿轮轴，轴承．箱体的完整有限元模型，并赋予初始边界条件进行有限元仿真，分析系统的动力学传递特性．此外，则是通过集中质量法对啮合齿轮副建立质量．弹簧．阻尼的数学模型，采用传递矩阵法计算得到箱体的轴承座处的动载荷，以此作为有限元箱体模型的激励条件，研究箱体的振动特性¨2。141．从文献来看，有限元法和集总模型传递矩阵法是主要的研究方法．相比而言，有限元法计算精度较高且可以避免传递矩阵法中可能出现的数值不稳定现象--“．因此，考虑齿轮啮合错位、齿侧间隙等因素建立减速器的三维传动模型，采用Craig．Bampton缩

5、减法将箱体缩聚为6个轴承孔中心处节点的柔性体，分析啮合副的啮合时变刚度、啮合线性传递误差及轴向重合度．在此基础上，从输入轴扭矩波动和线性传递误差分别为激励条件的两方面，对传动系统基于轴段节点的思想进行了计算，得到箱体轴承处的加速度频率关系，为后续的箱体优化及基于超磁致伸缩作动器的主动振动控制提供了边界条件及相关数据．收稿日期：2014-05-05；录用日期：2014-09-05；网络出版时间：2014-09-2411：31网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0245．html基金

6、项目：国家自然科学基金资助项目(11272026)作者简介：高维金(1984一)，男，河北张家口人，博士生，swj_008@126．corn+通讯作者：王亮(1962一)，男，河北昌黎人，教授，wangliang@buaa．edu．cn，主要研究方向为流体传动与控制Bt用格式：高维金。王亮．刘永光．箱式动力结构的振动传递特性分析【

7、]．北京航空航天大学学报．2015，4l(3)：509．516，GaoWJ，WangL，LiuYG．Analysisonvibrationtransmissioncharacteristicsofbox—likepowerstru

8、cturefJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，410)：509—516(inChinese)．510北京航空航天大学学报2015年1研究对象及模型1．1研究对象图1为某二级减速箱的传动机制，z，和z：分别为安装在输入轴和中间轴上的主、从动斜齿轮，z，和z。分别为安装在中间轴和输出轴上的主、从动直齿轮．各啮合副的相关参数见表1．图1某二级减速箱的传动机制Fig．1Transmissionmechanismoftwo—stagereducer表1啮合齿轮的基本参数Tabl

9、e1Basicparametersofmeshing