装载机变速器内外部激励分析及振动噪声预估

摘要

装载机是一种铲土运输机械类设备，广泛应用于高速公路、水利水电、港口和矿山等建设工程。装载机在实际运行时，工作环境恶劣，且作业工况复杂多变，传动系统冲击振动明显。变速器作为装载机传动系统的核心部件，其振动特性及噪声大小将直接影响驾驶员的操作舒适度。随着人们环保意识的增强，我国对工程机械噪声限制值进行进一步的修订，装载机迎来了减振降噪的重大挑战。因此，开展装载机变速器振动特性及辐射噪声的研究，对装载机减振降噪设计具有重要的指导意义和工程应用价值。　　本文以装载机变速器为研究对象，开展齿轮传动系统内外部动态激励分析，振动特性仿真、辐射噪声预估与试验研究。本文的主要研究工作如下：　　① 基于变速器齿轮系统动力传递路径，对四冲程单缸、六缸发动机输出转矩激励进行模拟；建立变矩器纯扭转动力学模型，根据原始特性曲线，拟合得到其等效刚度和阻尼；利用ANSYS软件导出变速泵困油面积，分析困油压力激励。　　② 通过啮合齿轮副静力接触有限元分析，获得齿轮副单齿刚度和综合刚度；在ROMAX中建立变速器齿轮系统模型，求解轴承支承刚度。综合考虑齿轮副时变啮合刚度、静态传递误差、轴承支承刚度，以及发动机、变矩器等内外部激励，采用集中参数法建立装载机变速器齿轮系统弯-扭耦合动力学模型。采用龙格库塔法进行数学求解，分析了齿轮系统动态响应和各级齿轮副动态啮合力时频特性。　　③ 借助ANSYS软件，综合考虑变矩器、变速器、变速泵等部件建立变速器有限元分析模型，运用模态叠加法求得齿轮系统振动响应；利用变速器综合性能试验台架进行振动测试，通过测试与仿真结果对比分析，验证了振动响应分析方法的正确性。　　④ 以变速器壳体表面节点振动位移频域值作为边界条件，建立变速器壳体声学计算模型，采用直接边界元法求解壳体表面声压和场点声压；在半消音室内对变速器进行空气噪声试验，并将实测与仿真结果进行对比分析，验证了变速器声学计算模型的正确性。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 齿轮系统外部激励研究现状

1.2.2 齿轮系统内部激励研究现状

1.2.3 齿轮系统振动响应研究现状

1.2.4 齿轮系统辐射噪声研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 装载机变速器齿轮系统外部动态激励分析

2.1 引言

2.2 装载机液力行星齿轮式变速器

2.3 发动机激励模拟

2.3.1 曲柄连杆机构运动分析

2.3.2 单缸转矩分析

2.3.3 六缸转矩计算

2.4.1 动力学模型

2.4.2 等效刚度和阻尼

2.5.1 齿廓方程推导

2.5.2 齿轮副模型建立

2.5.3 困油压力分析

2.6 本章小结

3 装载机变速器齿轮系统内部动态激励分析

3.1 引言

3.2.1 定轴齿轮副时变啮合刚度

3.2.2 考虑啮合相位的行星轮系时变啮合刚度

3.3 齿轮副静态传递误差

3.4 轴承支承刚度和阻尼

3.5.1 输入级齿轮副动力学模型

3.5.2 中间级行星齿轮副动力学模型

3.5.3 输出级齿轮副动力学模型

3.5.4 其他齿轮副动力学模型

3.6.1 齿轮系统振动响应

3.6.2 齿轮副动态啮合力

3.7 本章小结

4 装载机变速器振动响应分析及试验对比

4.1 引言

4.2.1 模态叠加法

4.2.2 模态分析

4.2.3 振动响应仿真分析结果

4.3.1 试验台架及测试方法

4.3.2 振动响应测试结果

4.4 本章小结

5 装载机变速器辐射噪声预估及试验对比

5.1 引言

5.2.1 声学基础

5.2.2 辐射噪声预估结果

5.3 装载机变速器辐射噪声试验研究

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C.学位论文数据集

致谢