齿轮系统结构噪声及空气噪声分析与试验研究

摘要

在齿轮系统的噪声污染中，结构振动所产生的噪声是一种重要的噪声来源。在齿轮系统的设计阶段就对其动态响应及声辐射特性进行研究，从而制定合理的降噪措施，已成为目前齿轮系统设计中一项重要任务。因此通过理论分析，借助有限元法(FEM)及边界元法(BEM)对齿轮系统振动噪声进行数值仿真及试验研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文的主要内容如下：
　　 ①齿轮系统内部动态激励合成。利用开发的软件计算轮齿啮合时变刚度激励、啮合冲击激励和轮齿传动误差，考虑齿轮副重合度系数，研究齿轮系统内部激励合成方法。
　　 ②齿轮系统动态响应分析及振动烈度、结构噪声预估。建立齿轮-轴-轴承-箱体耦合有限元动力模型，分析齿轮系统的固有特性和内部激励下的动态响应，预估齿轮系统振动烈度及结构噪声。
　　 ③齿轮系统抗冲击性能分析。建立齿轮系统冲击有限元模型，分析齿轮系统在外部冲击谱及内部动态激励下共同作用下的抗冲击性能。
　　 ④齿轮系统的空气噪声预估。建立箱体声学仿真模型，将齿轮箱外表面所有节点的时域振动响应转变为频域响应，并加载到声学模型中作为声学分析的边界条件，用直接边界元法计算箱体外表面声学量，得到齿轮箱空气噪声。
　　 ⑤齿轮系统振动噪声分析软件开发。开发轮齿三维有限元自动建模程序及用于轮齿时变啮合刚度分析的三维接触有限元分析程序，开发用于轮齿啮合冲击激励计算的三维冲击/动力接触数值分析程序，在此基础上开发内部激励合成程序，从而进行基于ANSYS的齿轮系统振动噪声分析软件二次开发。
　　 ⑥齿轮系统振动噪声试验研究。通过齿轮系统的实验模态分析、振动响应及声压测试，得到各阶固频、振动烈度、结构噪声及空气噪声，与理论计算结果对比，二者吻合良好。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

1.1 课题来源及其研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 齿轮系统耦合非线性振动及结构噪声研究

1.2.2 机械系统抗冲击性能研究

1.2.3 齿轮系统减振降噪研究

1.2.4 空气噪声数值仿真研究

1.3 本文的主要研究内容

2 齿轮系统耦合非线性结构噪声分析

2.1 引言

2.2 齿轮系统内部动态激励合成

2.2.1 齿轮系统内部动态激励产生机理

2.2.2 轮齿啮合刚度激励

2.2.3 齿轮传动误差激励

2.2.4 轮齿啮合刚度激励和误差激励合成

2.2.5 轮齿啮合冲击激励

2.2.6 内部动态激励合成

2.3 齿轮系统模型

2.4 齿轮系统振动响应分析

2.4.1 齿轮系统固有特性分析

2.4.2 振动响应分析方法

2.4.3 齿轮系统振动响应分析结果

2.5 齿轮系统振动烈度计算

2.6 齿轮系统结构噪声预估

2.7 本章小结

3 齿轮系统抗冲击性能分析

3.1 引言

3.2 齿轮系统外部冲击激励

3.3 冲击动态响应有限元分析方法

3.4 具有移动自由度的有限元模态分析

3.5 齿轮系统冲击动态响应分析

3.5.1 冲击动态响应有限元分析结果

3.5.2 抗冲击性能分析

3.6 本章小结

4 齿轮系统空气噪声预估

4.1 引言

4.2 声波波动方程

4.3 空气噪声预估的边界元法

4.4 齿轮系统空气噪声分析

4.4.1 齿轮系统声学边界元模型

4.4.2 齿轮系统外表面声学量计算

4.4.3 齿轮系统空气噪声计算

4.5 本章小结

5 齿轮系统振动噪声分析软件开发

5.1 引言

5.2 齿轮系统内部动态激励分析软件开发

5.2.1 轮齿时变啮合刚度分析程序开发

5.2.2 齿轮啮合冲击动力接触分析程序开发

5.2.3 内部动态激励合成程序开发

5.3 基于ANSYS的二次开发

5.3.1 内部动态激励施加程序

5.3.2 箱体表面振动量提取程序

5.3.3 振动量插值处理程序

5.4 本章小结

6 齿轮系统振动及噪声实验研究

6.1 引言

6.2 船用齿轮系统实验模态分析

6.2.1 实验模态分析基本原理

6.2.2 实验模态测试方法及测试仪器

6.2.3 测试现场及测点布置

6.2.4 齿轮系统固有频率测试结果

6.3 齿轮系统振动烈度测试

6.4 齿轮系统结构噪声测试

6.5 齿轮系统空气噪声测试

6.5.1 测试方法及测点布置

6.5.2 测试结果及分析

6.6 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 论文的创新点

7.3 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附 录

A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读博士学位期间取得的科研成果目录