船用齿轮箱的有限元振动特性分析和试验.pdf

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1、AcademicResearch技术交流船用齿轮箱的有限元振动特性分析和试验11,2胡磊，杨建国ò（武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063；2．船舶动力系统运用技术交通行业重点实验室，武汉430063）摘要：主要介绍船用齿轮箱的振动激励力分析、多级齿轮传动系统和箱体的有限元建模，以及箱体表面的振动特性计算，试验验证了模型和计算方法的正确性。研究表明：有限元分析为齿轮箱振动特性的分析提供了有效的分析方法。关键词：齿轮箱；振动特性；有限元；中图分类号：U661.44文献标志码：AVibrationCharacteristicsAn

2、alysisandExperimentofMarineGearbox’sFiniteElement11,2HULei,YANGJian-guo(1SchoolofEnergyandPowerEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China;2.KeyLab.ofMarinePowerEngineering&Technology(MinistryofCommunications.P.R.China),Wuhan430063,China)Abstract:Theanalysi

3、sofvibrationexcitingforcesforamarinegearbox,themodelestablishmentsofamulti-stagegeartransmissionandthemarinegearboxandthevibrationcharacteristicscalculationofthegearboxbodysurfaceareprovedinthepaper.Themodelsandthecalculationmethodareverifiedbythevibrationexperiment.Thef

4、initeelementanalysisisaneffectivemethodforthevibrationcharacteristicsofthemarinegearbox.Keywords:gearbox;vibrationcharacteristic;finiteelementmethod0引言振动在三者之间的振动传递过程的研究还未形成有效的作为传递动能和连接动力机械的船用齿轮箱广泛应方法。本文以船用双机并车复杂齿轮箱箱体为研究对象，用于船舶动力系统，目前船用齿轮传动系统正朝着高速、分析其振动机理，建立多级齿轮传动系统，研究振动传

5、递重载、轻型自动化和高可靠性方向发展，船用齿轮箱振动过程，对中高速、多负载复杂工况的齿轮箱振动特性有限特性的研究具有十分重要的意义。元方法研究和试验分析，为箱体振动特性和齿轮箱工作可齿轮箱系统包括齿轮副、传动系统和箱体，其振动特靠性提供技术指导。性研究包括振动机理、传动系统动力学和箱体振动等，目前对于齿轮内部激励力，齿轮传动系统非线性动力学有较1齿轮箱激励力计算分析[1-3]多研究，且一般建立简单传动，通过数值计算激励力，齿轮啮合过程动态激励分为内部激励和外部激励两而箱体一般采用有限元方法进行分析，在有限元模型和边类。内部激励是由于同时

6、啮合齿对数的变化、轮齿的受载界条件的优化对计算结果的影响方面存在较多的议论，且变形、齿轮误差等引起的轮齿动态啮合力产生的动态激作者简介：胡磊（1985-），男，硕士研究生。研究方向：振动与噪声控制。38机电设备2013/01励。外部激励是齿轮系统其它因素对齿轮啮合和齿轮系统级数并略去高阶项后，按啮合齿对数叠加形成总接触线长[4]产生的动态激励，本文主要考虑齿轮啮合时的内部激励。度时变曲线。假设某一轮齿在某时间段内转过齿数τ，齿轮的内部激励包含三种形式：刚度激励、误差激励和啮端面重合度εa大于轴向重合度εb时，则该瞬时接触线的[2]合冲击

7、激励。长度为：对齿轮副啮合传动系统进行简化，可得具有质量、阻L()()/cos()τ=Bbτβ（2）0b尼和刚度矩阵的非线性方程：式中，B0(τ)为啮合线长度系数；b为齿宽；β为基圆MCKt""x++x"()xFt==()ΔKtet()()+St()（1）螺旋角。式中，M为系统质量矩阵；C为系统阻尼矩阵；K(t)B0(τ)为周期的线性函数，如图2所示。为系统刚度矩阵；x为动态位移向量；e(t)为齿轮综合误差；B0(t)1ΔK为齿轮啮合刚度中的变刚度部分；S(t)为啮合冲击激励力；F(t)为动载荷。在简化研究齿轮传动系统非线性动力学问题的

8、研究0ebeaea+bpeb+pea+pea+b+p2pt上已成熟，然而在不同情况下动载荷对箱体振动的研究有图2啮合线长度系数函数诸多不同看法，本文作者对齿轮箱动载荷进行分析。齿轮箱振动响应传递过程如图1所