基于多体动力学模型的齿轮箱结构振动噪声分析

摘要

齿轮动态激励包含三种形式：刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。目前在计算动态激励力时，大多将这三种激励形式分别进行研究。这种方法的缺点在于计算过程中未考虑三种激励的耦合作用，且准静态及等效误差近似的方法使计算结果误差较大。 为了综合考虑三种激励之间的耦合作用，本文采用多体动力学模型计算齿轮动态激励力，并对其引起的齿轮箱结构噪声进行计算。探讨了采用多体动力学方法在齿轮动态激励力计算以及结构噪声分析中的应用。 本文首先提出了多刚体动力学模型下，齿轮传动系统动态激励力及箱体结构噪声计算方法。该方法对齿轮传动系统多刚体动力学模型进行计算，得到动态激励力。建立齿轮传动系统及箱体有限元模型，通过施加弹簧单元将两部分有限元模型连接成一整体，考虑了轴承的弹性作用。对该有限元模型进行动力学响应分析，得到箱体上各节点的加速度响应时域曲线，通过对时域曲线进行快速傅里叶变换(FFT)，得到加速度频域曲线，并进行1/3倍频程处理，进而得到箱体在动态激励力下各节点的结构噪声。该方法考虑了三种激励的耦合效应，且考虑了齿轮传动系统转动的动态效果对于动态激励力的影响，从而减少了由于等效误差近似的方法及分别计算各激励所带来误差积累的问题，计算结果表明箱体最大的结构噪声发生在齿轮啮合频率处，与理论分析结果吻合，证明了该方法可以有效地应用于齿轮动态激励力计算及结构噪声的分析。 为了进一步考虑轮齿弹性变形对于动态激励力的影响，采用有限元法建立完整的齿轮系统有限元模型，应用多柔体动力学的方法计算得到齿轮动态激励力，然后可得到箱体的结构噪声。通过与多刚体动力学模型计算结果比较，得到由于弹性变形使动态激励力增大的结果。该方法在计算动态激励力时，不仅考虑了三种激励的耦合效应及齿轮转动的动态效果的影响，且考虑了轮齿弹性变形对于动态激励力的影响。 采用多体动力学计算模型同时考虑到了刚度激励、误差激励和啮合冲击激励耦合作用的影响，计算结果表明，该方法在齿轮动态激励力计算及结构噪声分析中具有可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3软件介绍

1.4论文主要内容

第2章齿轮系统振动噪声的产生机理

2.1啮合刚度的变化

2.2传动误差

2.3轮齿的啮合冲击

2.4本章小结

第3章多体系统动力学

3.1多体系统动力学概述

3.1.1多刚体系统动力学

3.1.2多柔体系统动力学

3.2本章小结

第4章多刚体动力学模型下齿轮箱结构噪声预估方法

4.1计算流程

4.2齿轮传动系统多刚体动力学分析

4.2.1齿轮传动系统几何模型

4.2.2齿轮传动系统多刚体动力学分析计算模型

4.2.3动态激励力计算

4.2.4小结

4.3齿轮箱系统有限元建模及模态分析

4.3.1网格划分

4.3.2模态分析理论

4.3.3 Nastran固有特性的计算方法

4.3.4齿轮箱系统模态分析计算模型

4.3.5齿轮箱系统模态分析计算结果

4.3.6小结

4.4齿轮箱系统振动响应及结构噪声分析

4.4.1 Nastran动力学响应分析理论

4.4.2齿轮箱系统结构噪声分析方法

4.4.3齿轮箱系统动力学响应分析模型

4.4.4齿轮箱系统动力学响应分析结果

4.4.5齿轮箱结构噪声预估

4.4.6小结

4.5本章小结

第5章多柔体动力学模型下齿轮箱结构噪声预估方法

5.1齿轮传动系统几何模型

5.2多柔体动力学模型下结构噪声分析

5.2.1分析流程

5.2.2齿轮传动系统多柔体动力学分析计算模型

5.2.3动态激励力计算

5.2.4小结

5.3多柔体与多刚体动力学模型下动态激励力对比

5.3.1多刚体动力学模型下动态激励力计算分析

5.3.2计算结果比较

5.3.3小结

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果