基于热弹耦合大功率船用齿轮箱动态特性研究

摘要

课题来源于国家“十一五”科技支撑计划“高速、重载、精密机械传动系统共性关键技术研究”(2006BAF01B07-01)。为了适应国家重大装备与重点工程的需要，齿轮传动正朝着高速、重载、低噪声、高可靠性的方向发展。以船用减速器、燃气轮机齿轮箱、风力发电齿轮箱为代表的高速、重载机械传动系统是大型机械装备的重要基础件，其性能的优劣直接影响重大机械装备的综合性能和寿命。开展对高速、重载齿轮传动系统共性技术、关键技术的研究与开发，提升机械传动零部件及其相关装备产业的国际竞争能力，具有重要理论意义和工程实用价值。
　　 论文基于齿轮啮合原理、轮齿接触分析、摩擦学和传热学、非线性系统动力学，以理论分析、有限元仿真为手段，对基于热弹耦合的大功率船用齿轮箱系统动态特性进行理论分析和实验研究。
　　 论文的主要研究内容如下：
　　 ①建立大功率船用齿轮箱齿轮-转子-轴承-箱体耦合三维精细有限元模型，对系统的固有特性进行分析，得到约束情况下船用齿轮箱前20阶固有频率及振型。
　　 ②在考虑热弹耦合的基础上，对齿轮接触状态进行有限元分析，研究在热弹耦合情况下轮齿接触力和变形，得出基于热弹耦合工况下齿轮时变啮合刚度。
　　 ③在基于热弹耦合的时变刚度激励、误差激励和啮合冲击激励等内部激励和外部激励的影响下，对船用齿轮箱系统动态响应进行分析，得出系统的振动和结构噪声特征。
　　 ④结合非线性动力学方法对系统动态响应的数值特征进行分析，分析其时间历程曲线、功率谱密度、相轨迹、庞加莱截面、最大Lyapunov指数，揭示其非线性动力学规律。
　　 ⑤对船用齿轮箱的固有特性、振动和结构噪声进行实验测试，验证理论分析的正确性，归纳总结出了一套针对大型船用齿轮箱动态特性的分析计算方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

1.1课题来源及其研究意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

2大功率船用齿轮箱固有特性分析

2.1引言

2.2大功率船用齿轮箱模型

2.2.1基本结构及传动原理

2.2.2系统动力学模型

2.2.3三维实体几何模型

2.2.4三维有限元模型

2.3模态分析理论

2.4大功率船用齿轮箱固有特性分析

2.5本章小结

3基于热弹耦合大功率船用齿轮箱轮齿接触分析

3.1引言

3.2大功率船用齿轮箱传热计算

3.2.1热平衡过程

3.2.2齿轮散热计算

3.2.3齿轮摩擦生热计算

3.3基于热弹耦合的大功率船用齿轮箱轮齿接触分析

3.4本章小结

4基于热弹耦合的大功率船用齿轮箱动态激励数值模拟

4.1引言

4.2齿轮啮合动态激励机理

4.2.1啮合动态激励机理

4.2.2齿轮啮合动力学方程

4.3大功率船用齿轮箱动态激励分析

4.3.1内部动态激励

4.3.2外部动态激励

4.4本章小结

5大功率船用齿轮箱系统动态响应分析

5.1引言

5.2动态响应分析方法

5.3大功率船用齿轮系统响应分析

5.4大功率船用齿轮箱系统结构噪声分析

5.4.1齿轮系统振动噪声产生机理

5.4.2船用齿轮箱结构噪声

5.5非线性数值特性分析

5.5.1时间序列分析理论

5.5.2数值仿真

5.6本章小结

6大功率船用齿轮箱系统动态特性的实验研究

6.1引言

6.2大功率船用齿轮箱固有频率测试

6.2.1实验模态基本原理

6.2.2实验模态测试方法

6.2.3大功率船用齿轮箱固有频率测试

6.3大功率船用齿轮箱振动、结构噪声测试

6.3.1实验装置的基本组成

6.3.2动态响应测试

6.3.3结构噪声测试

6.4本章小结

7结论

7.1全文总结

7.2展望

致 谢

参考文献

附 录