实验报告

平行轴分扭传动试验箱的运转实验

（B题）

牛玉豪 2013301304 05031301

一、齿轮传动系统中的振动如何测量

Umezawa 通过实验和仿真计算研究认为在相同误差情况下, 端面重合度 εα和轴面重合度 εg 相同的齿轮副的振动水平是一样的。在国内, 齿轮系统动态方程求解的方法主要有状 态 空 间 法 、 复 富 氏 系 数 法 和 富 氏 级 数(Fourier serics) 法。这些方法都不同程度地简化了齿轮传动系统振动特性的求解, 保留了系统的参变和整体特性。为了设计出具有良好动态降性和低噪声齿轮传动系统, 近年来人们对影响齿轮传动系统动态特性的因素做了不少理论计算和实验研究。采用柔性辐板齿轮结构是降低齿轮传动噪声, 提高齿轮传动乎稳性的又一主要措施, Berestnev 的实验研究表明, 通过改变轮体结构尺寸, 可使齿轮的弯曲、接触疲劳强度增加 1.2～1.4 倍, 寿命增加 1.5～2 倍,振动噪声减小 6～8dB。国内对钢轮毂、橡胶轮辐的柔性幅板齿轮系统的降噪特性进行了实验研究, 结果表明在模数较大的场合, 其降噪效果在 7dB 左右, 减振效果为 50%, 高频噪声可下降 6～18dB。

齿轮结构固有频率及振型、动态响应和动应力的研究是建立在一般结构振动计算方法基础上的。为了避免共振, 防止颤振, 或者是研究其响应问题, 一般都要求先计算结构的模态, 目前在计算结构动力学问题中虽为有效的数值方法是有限单元法。

然而, 随着结构日益复杂化、大型化的发展, 使人们不得不将眼光放在各种节省计算内存的求解方法上。这些促进了各种降阶技术和动态子结构技术的兴起和发展。如果将求解静力问题的波前法用于子空间迭代法中, 就能使一般工程结构问题可以在微机上求解。由于在国内外曾发生多起齿轮轮体的共振导致的破坏事故, 所以齿轮轮体固有振动特性的研究得到国内外的普通关注。这在对齿轮传动安全运行要求很高的航空工业来说尤其重要。美国波音费托尔公司 ( Boeing Vetrol) 就是用有限元法来预测齿轮结构的共振频率。国内外对盘形圆锥齿轮结构固有振动特性进行了大量的理论和实验研究, 取得了一批非常有价值的结论。Oda 用 Miller 公式计算了具有不同福板支承形式的薄轮缘直齿轮结构的固有频率, 研究了其传动系统的振动加速度。国内外的理论和实验研究表明, 齿轮结构的行波共振会造成齿轮的成块断裂。

数字化仿真技术和试验识别方法是开展车辆和发动机系统振动噪声分析和控制的有力手段。本文对发动机和变速箱组成的动力总成结构的重要运动系统,曲柄连杆机构和齿轮传动系统采用虚拟样机技术进行动力学特性的分析,在此基础上对结构重要运动部件和固定件进行强度、振动和噪声特性的深入细致的研究。建立曲轴系与缸体系统三维耦合弹性体动力学模型,通过轴系扭振响应仿真和试验结果验证了轴系动力学模型,主轴承动载中考虑轴颈倾斜和弹性耦合效应,探讨了弹性耦合及轴承间隙对气缸体振动噪声特性的影响。在轴系耦

合动力学结果基础上,使用直接瞬态法和模态应力合成法分析曲轴结构的动态强度。提出了位移-应力场的精细有限元方法,来分析曲轴油孔和圆角处的动态强度,并校核曲轴圆角高周疲劳设计准则下动态疲劳安全性。使用龙格库塔数值积分方法求解活塞体二阶运动的动力学方程,分析活塞二阶运动的时域特性及对缸套的动态敲击机理,并分析了活塞二阶运动的敏感参数影响,通过试验方法识别缸体上部的振动特性,验证仿真模型的准确性。在整车转毂试验台对变速箱和油底壳结构的表面振动测量,并换算了出结构的辐射噪声声功率,分析了油底壳结构中各侧面板振动对整体辐射噪声的贡献量。建立变速箱齿轮传动系的多体动力学模型,从内部与外部激励的角度研究齿轮传动系的动力学特性,并分析壳体结构的动态响应和辐射噪声特性。建立动力总成结构的全弹性振动响应模型,其800Hz内振动响应与试验结果吻合较好。同时为缩短建模和分析时间,开发出动力总成装置的双质量振动模型,与全弹性体振动响应结果对比,验证了双质量模型的有效性,为动力总成振动分析提供了新的计算模型。结构轻量化设计利用镁合金AZ91D材料开发出油底壳和变速箱壳体结构,提出镁合金结构的声-振特性及结构强度分析方法,并对镁合金结构进行声振特性的优化设计。本文从工程学设计分析角度推动了数字化仿真技术在动力总成结构领域的应用,从技术角度开拓出相关的新方法和技术流程,取得了一系列具有工程实用价值的成果,对汽车和发动机企业具有实际的工程意义。

基于Labview和LMS测量系统,搭建了齿轮动(静)态传递误差和

振动噪音测量试验平台,给出了基于光栅盘的齿轮动(静)态传递误差测量、计算方法,并测量得到不同安装误差时的静态传递误差及轮齿间隙,分析了安装误差、转速、载荷等对动态传递误差及齿轮系统的冲击振动的影响。针对齿轮冲击的能量守恒问题,建立了一种新的考虑时变啮合刚度、摩擦齿轮冲击动力学模型。该模型刚度、摩擦均根据啮合点逐点求解,然后积分动力学方程,得到系统的动态响应。应用数值仿真的方法研究了不同载荷、摩擦对系统的瞬态冲击行为规律。研究表明：(1)轮齿存在脱啮冲击时,传递误差主要是以冲击频率为主,但冲击频率与啮合频率、轴频有差异；(2)载荷的波动对低速时系统的动态传递误差、转速波动等的影响有限,高速时齿频载荷波动使传递误差的啮合频率部分急剧增大,冲击频率基本保持不变；(3)轴频载荷波动对系统的影响更加显著,会引起系统出现脱啮-冲击,甚至双边冲击,系统响应以低频冲击振动为主。(4)低速时摩擦对系统的影响非常明显,摩擦可以遏制轮齿脱啮,但是其对低频振动的影响不可忽视。高速时摩擦对高频分量的影响比较小,但是对低频分量影响比较大。以上现象,在经典动力学模型分析中不可能得到,所以在研究轮齿的拍击特征时,有必要从冲击动力学的角度去分析轮齿的冲击行为,该研究对理解齿轮的冲击特征、齿轮结构优化、可靠性分析提供了一个新的思路。论文研究了冲击阻尼参数对系统非线性动力学响应的影响,研究表明：在重载时,参数n不会改变间隙引起的跳跃现象,但是会影响跳跃的长度,同时加剧系统的振动。在轻载时,参数n会使间隙引起的跳跃特征消失,从而使系统具有线性特征。冲击阻尼可以遏制响应