[发明专利]一种耦合振荡状态下传动齿轮箱振动特性分析方法

说明书

一种耦合振荡状态下传动齿轮箱振动特性分析方法，包括如下步骤，用传统的数值计算方法合成时变刚度激励和传递误差激励，获得设定转速条件下具有周期特性的啮合齿轮副内部动态激励；基于柴油机齿轮系统特性‑轴系扭振‑调速系统耦合振动模型，获得传动齿轮系主动轮的瞬时转速，调整啮合齿轮副的瞬时啮合周期，得到修正后的齿轮内部动态激励；建立传动齿轮箱的三维有限元模型，对比模态计算结果与实验测试结果的偏差；将修正后的齿轮内部动态激励加载到传动齿轮箱三维有限元模型中齿轮副啮合接触线的位置，求解传动齿轮箱的振动特性。振动特性求解基于柴油机齿轮系统特性‑轴系扭振‑调速系统耦合振动模型结果更加精确。

技术领域

本发明属于振动控制工程领域，尤其涉及一种耦合振荡状态下传动齿轮箱振动特性分析方法。

背景技术

在传统齿轮振动特性研究中，多利用有限元法、数值计算法等获得周期性齿轮啮合激励，据此计算齿轮系统及齿轮箱的振动特性。然而这种根据周期性齿轮啮合激励所得啮合频率及其倍频响应，虽然能较好地反映正常工况下的齿轮振动状态，但是并不能很好地反映在耦合振荡故障工况下的齿轮实际振动状态。

基于有限元法、数值模拟法等传统方法分析齿轮振动特性的研究较为成熟。例如，华北电力大学的程志学对齿轮内部激励进行了模拟，采用ADAMS对齿轮箱传动轮系进行了振动特性的仿真，并与实验测试振动响应对比分析振动特性，但是仅研究了正常工况下齿轮箱传动系的振动特性(程志学.1.5MW风电机组齿轮箱振动特性分析[D].硕士学位论文,北京:华北电力大学,2014.)；重庆大学的杨成云给出刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的数值模拟方法，系统地分析了齿轮系统振动动态响应，对齿轮箱进行了冲击动力响应分析，预估了齿轮系统的抗冲击性能，但是并没有考虑外部转速波动对齿轮副的刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的影响(杨成云.齿轮传动系统耦合振动响应及抗冲击性能研究[D].博士学位论文，重庆:重庆大学,2006.)。

针对往复机械的耦合振荡问题，哈尔滨工程大学的韩霄针对一型特种工作船的柴油机推进轴系及其转速控制系统，建立了推进轴系扭振与调速控制系统间的耦合模型，成功反演了实船的耦合振荡故障，但是没有将齿轮传动部分考虑在推进轴系扭振模型之中(韩霄.4000吨工作船柴油机调速系统与推进轴系扭振耦合振荡研究[D].硕士学位论文,黑龙江:哈尔滨工程大学,2015.)；哈尔滨工程大学的李玩幽教授等发明了一种柴油机含凸轮轴的轴系复合振动与调控耦合建模分析系统及分析方法，所建立的包含正时齿轮系的传动系统复合振动弹性系统模型，仅是将正时齿轮系简化为由多个转动惯量和弹性轴段组成的，具有扭转、回转、纵向振动复合振动特性的弹性系统，但是并没有考虑齿轮啮合内部动态特性对耦合模型的影响，也没有考虑耦合模型对齿轮啮合内部动态特性及齿轮振动特性的影响(李玩幽,于姝雯,郭宜斌,陈美龙,率志君,王东华,卢熙群,姜晨醒.一种柴油机含凸轮轴的轴系复合振动与调控耦合建模分析系统及分析方法[P].中国专利,申请公布号:CN105808847A.)。

综上所述，在传统的齿轮振动特性研究中，由周期性齿轮啮合激励仿真得到的齿轮振动特性不能很好地反映耦合振荡状态下的实际振动特性；而针对往复机械的轴系扭振与调控耦合振荡的研究，由于没有考虑耦合振荡特性与齿轮啮合动态激励的相互影响，所得到的传动齿轮箱振动响应与耦合振荡状态下的实际振动特性偏差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传动齿轮箱故障激励源分析更准确的耦合振荡状态下传动齿轮箱振动特性分析方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一：根据传动齿轮箱中啮合齿轮副的基本参数，用传统的数值计算方法合成时变刚度激励和传递误差激励，然后将两种激励对应点相乘，获得设定转速条件下具有周期特性的啮合齿轮副内部动态激励；

步骤二：构建柴油机齿轮系统特性-轴系扭振-调速系统耦合模型；