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實(shí)習(xí)（調(diào)研）報(bào)告

1課題的來源及意義

由于齒輪箱系統(tǒng)具有布局簡(jiǎn)樸、傳動(dòng)效率高、制造本金低和工作穩(wěn)當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，在各種機(jī)械設(shè)備上有很廣泛的應(yīng)用，齒輪箱系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為和工作性能對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)有重要的影響，而齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)又是齒輪箱中重要組成部件。隨著當(dāng)代機(jī)械向高速化、輕量化、細(xì)致化以及自動(dòng)化方向進(jìn)展，齒輪傳動(dòng)過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等動(dòng)力學(xué)行為，已引起人們的廣泛關(guān)注。因此，分析研究齒輪傳動(dòng)過程中振動(dòng)、噪聲的產(chǎn)活力理，對(duì)于減振降噪及其防治措施、齒輪箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)無疑是有積極意義的，并且對(duì)于提高產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)，降低噪聲污染等都具有廣闊的工程應(yīng)用前景，同時(shí)還具有重要的學(xué)術(shù)意義和社會(huì)意義。

2國(guó)內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r

2.1齒輪箱振動(dòng)研究

齒輪系統(tǒng)振動(dòng)噪聲問題的研究，由以沖擊理論為根基進(jìn)展到以振動(dòng)理論為根基；在

研究系統(tǒng)方面，體驗(yàn)單一的齒輪副組成的簡(jiǎn)樸系統(tǒng)向同時(shí)包含齒輪、傳動(dòng)軸、軸承和箱

體布局的繁雜系統(tǒng)的過渡；在分析方法方面，正逐步進(jìn)展為包含時(shí)域方法和頻域方法，

并同時(shí)結(jié)合解析方法、數(shù)值方法、測(cè)驗(yàn)方法的多方法結(jié)合的研究，以達(dá)成從多方面綜合

研究齒輪系統(tǒng)的瞬態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性和混沌特性的目的[]1。

姚文席[]2等在1990年突破傳統(tǒng)的僅僅考慮齒輪塊的振動(dòng)問題，而是提出了將傳動(dòng)軸和齒輪視為一個(gè)動(dòng)態(tài)體系，建立了單級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型；左言言[]3等在1994年通過對(duì)齒輪箱噪聲的分析，察覺其常嚙合齒輪副是主要噪聲源，從提高齒輪嚙合精度和剛度啟程，分別選配直齒輪和斜齒輪代替原有的常嚙合齒輪副并用尼龍墊片代替銅墊片使噪聲降低；王玉新[]4等在2022年用多尺度方法研究了考慮輪齒時(shí)變剛度和靜態(tài)傳遞誤差鼓舞的齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；武寶林[]5等在2022年建立了考慮輪齒受載變形后齒輪傳動(dòng)過程中的有關(guān)幾何量與其嚙入沖擊速度、最大沖擊力之間的定量關(guān)系表達(dá)式，據(jù)此初步分析了齒寬、傳動(dòng)比、輪齒受載變形、工況、齒輪布局等對(duì)傳動(dòng)過程中嚙合沖擊的影響處境；MohamedSlimAbbes[]6等在2022年對(duì)并行傳動(dòng)的斜齒輪的整體動(dòng)態(tài)行為舉行了數(shù)值仿真，使用不同類型的子布局（承載和從動(dòng)）的動(dòng)態(tài)子布局方法來確定固有頻率和振型；李金玉[]7等在2022年利用PRO/E建立了參數(shù)化斜齒輪三維實(shí)體模型,使用ADAMS對(duì)齒輪嚙合過程舉行仿真，研究了在不同轉(zhuǎn)速條件下嚙

合力在時(shí)域及頻域中的變化規(guī)律；黃澤平[]8等在2022年對(duì)齒輪副嚙合沖擊舉行了仿真研究，采用ADAMS建立系統(tǒng)的力學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化；吳卓等[]9在2022年利用三維造型軟件Pro/E對(duì)齒輪舉行三維實(shí)體建模后導(dǎo)入ANSYS中,利用ANSYS軟件對(duì)齒輪舉行模態(tài)分析,研究齒輪的固有振動(dòng)特性,得到了齒輪的低階振動(dòng)的固有頻率和固有振型；劉雷[]10等在2022年運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)理論建立了齒輪多體系統(tǒng)模型，分析說明該模型的計(jì)算結(jié)果更接近于有限元方法，分外適用于齒輪系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)分析；葛丹丹[]11等2022年在建立齒輪箱三維實(shí)體模型的根基上，對(duì)其舉行模態(tài)分析，得出前10階固有頻率及振型，并利用模態(tài)疊加法對(duì)齒輪箱體工況鼓舞下的瞬態(tài)響應(yīng)舉行分析；唐進(jìn)元[]12等在2022年考慮齒輪時(shí)變嚙合剛度、傳動(dòng)誤差和齒面摩擦力，研究運(yùn)用鍵合圖理論建立齒輪傳動(dòng)非線性振動(dòng)鍵合圖模型，這種方法可以用來解決齒輪非線性動(dòng)力學(xué)的建模問題。

2.2模態(tài)測(cè)驗(yàn)研究

模態(tài)測(cè)驗(yàn)技術(shù)在振動(dòng)噪聲研究中有著重要的作用。布局模態(tài)及動(dòng)態(tài)分析是合理設(shè)計(jì)機(jī)械，保證裝備安好穩(wěn)當(dāng)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)模態(tài)試驗(yàn)舉行了好多研究。

常山和尹遜民[]13在2000建立傳動(dòng)齒輪箱體模態(tài)試驗(yàn)的理論模型和測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?，采用移?dòng)錘擊法采集各點(diǎn)的沖擊數(shù)據(jù)和響應(yīng)數(shù)據(jù)。用最小乘復(fù)指數(shù)法識(shí)別出箱體的模態(tài)參數(shù)，并與有限元計(jì)算結(jié)果舉行了比較分析；程廣利[]14等在2022年在對(duì)某型齒輪箱的模態(tài)、振動(dòng)烈度和振動(dòng)加速度舉行測(cè)試的根基上，細(xì)致分析了測(cè)試結(jié)果。模態(tài)測(cè)試得到了齒輪箱的振型和模態(tài)參數(shù)，振動(dòng)烈度測(cè)試結(jié)果說明該齒輪箱處于良好工作狀態(tài)，振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果顯示該齒輪箱的減振措施達(dá)成了預(yù)期的效果；敖慶章，程廣利等[]15在2022年采用錘擊模態(tài)測(cè)試方法對(duì)某型艦船齒輪箱的模態(tài)舉行了實(shí)測(cè)，并細(xì)致分析了測(cè)試結(jié)果，為該型艦船齒輪箱的保養(yǎng)和修理供給了第一手資料，利于掌管該型齒輪箱的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)也為該型艦船齒輪箱振動(dòng)設(shè)計(jì)、制造的合理性供給了可行性論證；王基[]16等在2022年建立齒輪箱的試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷母?，采用固定錘擊點(diǎn)變更測(cè)量點(diǎn)法采集各點(diǎn)的沖擊數(shù)據(jù)和響應(yīng)數(shù)據(jù)，在對(duì)同類型兩部齒輪箱的模態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果分析的根基上，通過找到其中一部齒輪箱振動(dòng)噪聲增大的理由，結(jié)果說明其分析結(jié)論是正確的；R.Farshidi[]17等在2022年采用空氣產(chǎn)生鼓舞的方法對(duì)懸臂梁做試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，試驗(yàn)中采用的空氣鼓舞法制止了其他鼓舞設(shè)備與試驗(yàn)件的接觸，減小了接觸產(chǎn)生的誤差。

今后齒輪動(dòng)力學(xué)的研究仍將是重點(diǎn)和主要方向，將齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和布局系統(tǒng)統(tǒng)一起來作為一種繁雜的彈性布局系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的思路，研究其動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，只有這樣，才能真正設(shè)計(jì)出高性能的齒輪系統(tǒng)。近年來雖然齒輪箱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化得到了設(shè)計(jì)者的高度熟悉，對(duì)齒輪箱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析的學(xué)者越來越多，對(duì)于齒輪箱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性達(dá)成了確定的高度。盡管有些設(shè)計(jì)者在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中考慮齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，

但是概括將齒輪箱系統(tǒng)的激振與噪聲產(chǎn)生結(jié)合起來對(duì)齒輪箱系統(tǒng)舉行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究還相對(duì)較少，從而沒有從根本上解決齒輪箱振動(dòng)和噪聲問題，因此齒輪箱振動(dòng)和噪聲問題是函待解決的重要課題。

3研究目標(biāo)

本課題將以單級(jí)傳動(dòng)的直齒圓柱齒輪系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)齒輪對(duì)的嚙合機(jī)理舉行研究，建立齒輪對(duì)嚙合過程的動(dòng)力學(xué)模型，并且仿真求解。并應(yīng)用有限元方法，對(duì)齒輪箱舉行模態(tài)分析及穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)分析，并舉行模態(tài)測(cè)驗(yàn)，驗(yàn)證有限元模型的可行性。

4研究?jī)?nèi)容、方法及手段

從目前的研究方向來看，對(duì)于振動(dòng)產(chǎn)活力理方面，動(dòng)力學(xué)建模與仿真計(jì)算是研究的重要手段。

4.1動(dòng)力學(xué)模型主要有以下幾種：

（1）動(dòng)載系數(shù)模型

動(dòng)載系數(shù)模型是在齒輪動(dòng)力學(xué)研究的早期使用的單自由度模型，主要用來確定輪齒嚙合的動(dòng)載系數(shù)，目前已不常用。

（2）齒輪副扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型

以一對(duì)齒輪副為分析對(duì)象，不考慮齒輪的橫向振動(dòng)位移，假設(shè)支承是剛性的(常用于傳動(dòng)軸和支承系統(tǒng)剛度較大的場(chǎng)合),這種模型主要用來研究齒輪副的動(dòng)態(tài)嚙合響應(yīng)問題。

（3）傳動(dòng)系統(tǒng)模型

以傳動(dòng)系統(tǒng)為建模對(duì)象，包含了齒輪副、傳動(dòng)軸，有時(shí)也包含支承軸承、原動(dòng)機(jī)和負(fù)載慣性。其振動(dòng)形式分為純扭模型和彎、扭、軸、擺等多類自由度相互耦合的耦合型模型。利用此模型，不僅可以確定動(dòng)載荷，還可以確定系統(tǒng)中全體零件的動(dòng)態(tài)特性及相互作用。

（4）齒輪系統(tǒng)模型

以傳動(dòng)系統(tǒng)和布局系統(tǒng)作為建模對(duì)象，因此，是耦合型模型，在分析時(shí)同時(shí)考慮兩種系統(tǒng)的相互作用，全面確定齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，尤其適用于分析齒輪系統(tǒng)振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生與傳遞。

本課題基于本課題主要是從齒輪對(duì)的嚙合機(jī)理方面研究振動(dòng)的主要來源，因此所采用的動(dòng)力學(xué)模型為齒輪副扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型，即不考慮傳動(dòng)軸、支承軸承和箱體等的彈性變形。

4.2動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算

機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS[]18(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)是目前國(guó)際上使用最廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬軟件。它采用虛擬樣機(jī)技術(shù),將強(qiáng)大的大位移、非線性分析求解功能與使用便當(dāng)?shù)挠脩艚缑嫦嘟Y(jié)合,并供給與其它CAE

軟件如操縱分析軟件MATLAB、有限元分析軟件ANSYS等的集成模塊擴(kuò)展設(shè)計(jì)手段。使用戶能夠便當(dāng)?shù)貙?duì)各種繁雜機(jī)械系統(tǒng)舉行建模、仿真和分析。在Adams環(huán)境下,通過建立某指定機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字化虛擬樣機(jī),可以切實(shí)地預(yù)料該系統(tǒng)的各種虛擬試驗(yàn)的性能。

齒輪箱的齒輪、軸和軸承共同構(gòu)成了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)特性對(duì)齒輪箱的工作性能、振動(dòng)和噪聲有抉擇性的作用。在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪固定在軸上，通過軸承與箱體連接。工作中，齒輪對(duì)嚙合傳動(dòng)產(chǎn)生周期性的鼓舞力，通過軸、軸承傳遞至箱體，造成箱體的振動(dòng)。為了舉行齒輪箱箱體的振動(dòng)響應(yīng)分析，需要獲得齒輪箱箱體的軸承座在齒輪對(duì)嚙合過程中受到的軸承的載荷，本文利用ADAMS仿真計(jì)算的時(shí)候，可以將問題轉(zhuǎn)換為求解軸對(duì)軸承的載荷。

4.3模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析

ANSYS[]19軟件是融布局、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，因此它可以應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、重型機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。軟件包括三個(gè)片面：前處理模塊(實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分）,分析計(jì)算模塊（包括布局分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)耦合分析），后處理模塊（將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示等，也可將結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出）

本課題將采用ANSYS軟件對(duì)齒輪箱箱體舉行有限元建模，然后舉行模態(tài)分析，獲得箱體的固有頻率及振型。并對(duì)箱體舉行諧響應(yīng)分析，獲得箱體的振動(dòng)特性、振動(dòng)位移最大處及振動(dòng)方向，以便為將來的齒輪箱優(yōu)化設(shè)計(jì)做鋪墊。

5對(duì)齒輪箱舉行模態(tài)測(cè)試

5.1測(cè)驗(yàn)條件

擁有振動(dòng)噪聲測(cè)驗(yàn)臺(tái)、完整的齒輪箱布局、其連接片面包括電動(dòng)機(jī)和負(fù)載

器、三向加速度傳感器、AVANT-MI7016數(shù)據(jù)采集與分析儀、ModalGenius模態(tài)分析軟件、力錘等。

5.2測(cè)驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)齒輪箱箱體舉行模態(tài)測(cè)試。測(cè)試方法有兩種：一種是固定敲擊點(diǎn)移動(dòng)響應(yīng)點(diǎn)對(duì)齒輪箱舉行錘擊測(cè)驗(yàn)；一種是固定響應(yīng)點(diǎn)移動(dòng)敲擊點(diǎn)對(duì)齒輪箱舉行錘擊測(cè)驗(yàn)。兩種方法都要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集測(cè)試信號(hào)，其中包括力錘的沖擊力信號(hào)和加速度傳感器的響應(yīng)信號(hào)。即可得到各測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)，將獲得的各測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)曲線導(dǎo)入ModalGenius模態(tài)分析軟件中，將全體頻響函數(shù)舉行擬合迫近以獲取模態(tài)參數(shù)。

6進(jìn)度安置

時(shí)間完成內(nèi)容

1-3周查閱相關(guān)中英文資料，理解課題的意義，了解齒輪動(dòng)力學(xué)與

振動(dòng)噪聲的進(jìn)展?fàn)顩r以及研究手段和目標(biāo)，完成調(diào)研