多级人字齿齿轮传动振动特性有限元分析.pdf

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1、研究与分析2012年第6期(总第122期)·机械研究与应用·多级人字齿齿轮传动振动特性有限元分析胡瑞帆，吴新跃(海军工程大学机械工程系，湖北武汉430033)摘要：采用三维实体单元有限元法，建立多级人字齿齿轮传动系统有限元模型，根据转子动力学基拳理论和齿轮啮合原理，计算了考虑齿轮啮合接触的齿轮系统的固有频率和模态。研究轴承支撑刚度、Rayleigh阻尼对该齿轮转子振动特性的影响。运用此方法可以在多级人字齿齿轮传动系统设计时避开齿轮箱啮合工作频率，避免由机械共振造成的整机故障，并为齿轮箱系统故障诊断提供理论支持。关键词：多级齿轮传动；模态分析；轴承支撑刚度；Rayleigh阻

2、尼中图分类号：TH132文献标识码：A文章编号：1007-4414(2012)06—0030—03FiniteelementanalysisofdrivevibrationcharacteristicsformultistageherringbonegearHuRui-fan．WuXin—yue(Departmentofmechanicalengineering，Navaluniv．ofengineering，WuhanHubei430033，China)Abstract：Afiniteelementanalysismodalofmultistageherringboneg

3、earsystemisestablishedbyusingthree—dimensionfiniteelementmethod．Basedonthetheoriesofrotordynamicsandgearmeshing，themodesandfrequenciesofmuhistageherring—bonegearsystemarecalculatedwiththecontacteffect．Bearingstiffnessandray

4、eighdampingontherotorvibrationcharacter—istiesofgeararestudied．The

5、gearboxmeshingoperatingfrequencycanbeavoidbyusingthismethed，andalsocanavoidma—chinefailm‘ecausedbytheresonanceinthetransmissiondesignofmultistagehe~ingbonegearsystem，whichprovidestheoret—icalsuppoflforfaultdiagnosisofgearboxsystem．Keywords：multistageherringbonegear；modalanalysis；beatingsti

6、ffness；Rayleighdamping1引言元分析模型，研究影响该齿轮转子振动特性的主要因齿轮传动广泛地应用于各种机械产品和装备中，素，为齿轮转子的优化设计提供理论依据，为整个齿其力学特性对整个机械系统的性能有极大影响，准确轮箱体系统的振动和噪声预测奠定基础。掌握齿轮传动的力学特性，对于整个系统的优化设2数学模型计、强度校核、故障诊断与预测试验结果起着重要作齿轮系统的运动微分方程为：用。一旦动力学设计出现偏差，齿轮传动系统在工作MY；+CX+KX=F(t)(1)过程中会经常出现严重的振动异常现象，严重影响机式中：，c，分别为齿轮系统质量矩阵、阻尼矩阵和组的正常运转，由

7、于齿轮系统啮合作用的影响，各转刚度矩阵；X，X，X分别为齿轮系统振动加速度向子的振动不再相互独立而是相互影响、相互制约。轴量、速度向量和位移向量，X={，⋯．，Xn，F(t)系中各转子的振动不再是单纯的弯曲或扭转振动，而是一种弯扭耦合振动¨j。目前，对于齿轮传动系统为齿轮所受外界激振力向量：(t)={，f2，⋯，的动力学研究主要采用二维梁单元和三维实体单元IT。分析方法J。基于转子动力学和齿轮啮合基本原若无外力作用，即F(t)=0，则得到系统的自由理j，建立了复杂齿轮箱人字齿齿轮传动的三维有振动方程。在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿限元模型。通过对齿轮传动动力学特性分析，

8、研究轴轮的固有频率和固有振型时，阻尼对它们影响不大，承支撑刚度、材料阻尼对该齿轮转子振动特性的影因此，阻尼项也可以略去，得到无阻尼自由振动的运响，为齿轮转子的优化设计提供理论依据，为整个齿动方程为：MY；++KX=0(2)轮箱体系统的振动和噪声预测奠定基础。本文利用UG软件建立具有啮合关系的齿轮传其对应的特征值方程为：(一=0(3)动系统几何模型，导人Hypermesh软件中，以ANSYS，软件为平台，建立了多级人字齿齿轮传动系统的有限式中：第i阶模态的固有频率i=1，2，⋯，n。这时的振动系统一般存在n个固有频率