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1、振动与冲击第28卷第4期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.28No.42009大功率船用齿轮箱耦合非线性动态特性分析及噪声预估1,2111陆波,朱才朝,宋朝省,王海霞(1.重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044;2.西南科技大学制造科学与工程学院,绵阳621010)摘要:对某大型船用齿轮箱的动态特性进行分析,将系统分为传动子系统和结构子系统,通过支撑轴承把两个子系统耦合起来,建立齿轮-轴-轴承-箱体耦合系统三维有限元模型。在研究斜齿轮接触线变化规律基础上,提出了一种计算斜齿轮时变刚度的方法。在考虑传动子系统内部激励和外部激励的影响下,对系统动态特性
2、进行了数值仿真,得出了结构子系统各点的振动位移、速度等动态评价指标,以及系统的结构预估噪声,为船用齿轮箱系统动态性能优化提供了理论依据。关键词:船用齿轮箱;耦合振动;固有特性;动态响应;噪声预估中图分类号:TH113.1文献标识码:A大功率船用齿轮箱装置是船舶轮机系统的重要设备之一,其结构复杂,精度要求很高,且处于重载的运行条件下,综合技术指标远远高于其它船用齿轮箱。重载齿轮在传动过程中产生较大的振动、噪声和动载荷,有可能导致系统某些环节的失灵或损坏,甚至会导致齿轮系统本身的破坏和故障等。因此,开展船用大功率齿轮箱动态特性分析、控制齿轮箱系统的振动与噪声,实现船用齿轮系统的动态设计己
3、成为重要的研究课题。目前关于齿轮箱系统的研究主要集中在齿轮—转子系统动态特性以及齿轮箱体优化减重分析,而通过轴承连接把齿轮-转子系统和箱体系统作为一个整体[1-5]进行研究涉及较少。论文系统研究了齿轮传动内1.顺车离合器齿轮2.顺车离合器外壳齿轮3.顺部激励和外部激励,建立了具有多级齿轮传动的大型车齿轮4.输出齿轮5.倒车齿轮6.倒车离合器外壳船用齿轮箱的齿轮—轴承—转子—箱体系统耦合非线齿轮7.输入齿轮8.顺车部件9.倒车部件10.输性动力学模型,对其动态特性进行了仿真,并对结构噪入、输出部件Tin.输入扭矩Tout.输出扭矩gi.滚动轴承代声进行了预估,为船用齿轮动态特性优化提供
4、了理论号i代表轴承编号,i=1,2,⋯,9hi.滑动轴承代号i代表轴依据。承编号i=1,2图1传动系统简图1大功率船用齿轮箱基本结构及传动原理大功率船用齿轮箱具有倒顺、离合、减速和承受螺表1大功率船用齿轮箱传动参数旋桨推力的功能,与主机配套,组成船用动力机组。其输入级传动级输出级参数工作过程分别沿顺车、倒车两条线路执行,齿轮箱的传顺车倒车顺车倒车主动被动被动(主动)(被动)(主动)(主动)动简图如图1。齿数54273737212183轴Ⅰ为输入轴,轴Ⅱ、Ⅵ分别为顺车、倒车传动轴,模数20201818161616轴Ⅲ、Ⅴ分别为顺车、倒车齿轮轴,轴Ⅳ为输出轴,整个螺旋角/12121212
5、888结构为空间啮合传动。实际工作中输入扭矩经输入轴(。)Ⅰ传递到顺车传动轴Ⅱ,顺车时,摩擦离合器2摩擦转速400800800800800800202-1/(r·min)基金项目:国家十一五科技支撑计划资助项目(2006BAF01B07-01)和片贴紧,离合器内齿轮闭合,轴Ⅱ与轴Ш连接,扭矩经新世纪优秀人才计划(NCET-05-0766)资助项目顺车齿轮3、输出齿轮4传递给输出轴Ⅳ;倒车时,扭矩收稿日期:2008-05-09修改稿收到日期:2008-07-15经离合器2与6传到传动轴Ⅵ,摩擦离合器6摩擦片贴第一作者陆波男,博士生,1978年4月生紧,离合器内齿轮闭合,轴Ⅵ与轴Ⅴ连接,
6、经倒车齿轮第4期陆波等:大功率船用齿轮箱耦合非线性动态特性分析及噪声预估775、输出齿轮4传递到输出轴Ⅵ。齿轮箱详细传动参数3系统激励分析见表1。齿轮啮合动态激励是齿轮系统产生振动和噪声的2大功率船用齿轮箱三维有限元模型基本原因。齿轮系统的动态激励有内部激励和外部激根据齿轮箱结构以及各级传动参数,采用Pro/en2励两类,内部激励的存在是齿轮传动与一般机械系统gineer软件根据图纸绘制三维几何模型,如图2(a)。的不同之处,这种内部激励是由于同时啮合齿对数的齿轮箱体的结构比较复杂,机体上分布有筋板、凸台、变化、轮齿受载变形、齿轮制造误差等因素所引起的。轴承孔和各螺栓联接孔等,在建立
7、有限元模型时,采用它包括刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。由于这自由网格划分方法,用八节点四面体实体单元,对齿轮些内部激励的存在,即使没有外部激励,齿轮系统也会[6-7]箱体进行了有限元网络划分;齿轮、顺倒车油缸、轴通产生振动和噪声。过拉伸、扫略、镜像等方法采用八节点六面体实体单311齿轮啮合动力学方程···元。网格划分在专业前处理软件hypermesh完成,共划mx+cx+k(x)[x+xs+e(t)]=Fs(t)(1)分为411099个单元,52621
