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齿轮传动系统动态性能优化分析研究

郑光泽  
【摘要】:齿轮系统是各种机器设备中应用最广的动力和运动传递装置,其动力学行为和工作性能对整个机器有重要影响。为了提高传动效率,齿轮系统普遍向高速、重载方向发展,在传动过程中由于线速度高和载荷大带来的振动、噪声、动载荷、变形、动应力等因素严重影响整套机组的安全性和稳定性。所以加强高质量高性能齿轮传动系统的研究是我国基础工业发展的迫切需要,对提高传动效率有重要影响。 本文课题来源于高等学校博士学科点专项科研基金项目:“高速重载齿轮全工况动态性能分析系统”(批准号:2001061106)。本项目基于复模态理论和结构优化设计理论,综合运用结构固有特性及动力响应有限元分析方法,以齿轮传动系统为研究对象,以降低齿轮传动系统的振动为目标进行系统动力响应优化设计。本文研究的主要内容有: 1、应用PRO/E软件对齿轮传动系统进行三维实体建模,应用PATRAN软件进行有限元分析前处理,建立了包含齿轮副、传动轴、轴承和箱体在内的齿轮系统动力学完整的有限元模型。 2、综合考虑齿轮传动系统阻尼对系统固有特性的影响,并对阻尼机理进行初步的探讨,采用比例阻尼的方式考虑阻尼对齿轮传动系统动力性能的影响,并运用复模态理论对齿轮传动系统的固有特性进行分析。 3、综合考虑引起齿轮传动系统振动的刚度激励、误差激励和啮合冲击激励等内部激励因素,用有限元数值分析方法模拟了齿轮啮合时的内部激励,得出齿轮系统啮合时产生的激励力。 4、基于模态瞬态响应分析理论对齿轮传动系统进行动力响应分析,计算了齿轮传动系统在内部激励下箱体的动力响应。把有限元计算结果与实验数据进行比较,吻合较好,表明了所建立模型的正确性。 5、以振动加速度最小为目标函数,以动应力和位移为约束条件对齿轮传动系统进行动力响应优化设计,降低了齿轮传动系统的振动幅值和动态变形,并分析了齿轮传动系统响应优化设计结果。


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