[发明专利]一种柔性支承齿轮传动装置动刚度建模方法

说明书

本发明提供了一种柔性支承齿轮传动装置动刚度建模方法，属于齿轮系统动力学建模领域，针对常用的单层隔振齿轮系统，将系统划分为传动系统、箱体、隔振器和基础模块；建立传动系统的集中质量模型，并转换得到动刚度方程；建立箱体有限元模型，通过谐响应分析得到箱体动刚度参数；将隔振器简化为Timoshenko梁，通过波动方程得到动刚度方程；基础通过试验获取动刚度参数；通过对各子系统动刚度方程进行组装，得到完整的齿轮传动装置动刚度模型，可以实现理论参数/试验参数的混合建模。该建模方法可大大地提高齿轮传动装置分析的建模效率和计算结果准确度。

技术领域

本发明属于齿轮系统动力学建模领域，具体涉及一种柔性支承齿轮传动装置动刚度建模方法。

背景技术

目前齿轮系统动力学模以齿轮-转子耦合模型为主，建模方法主要为集中质量法。在分析箱体振动噪声时常规做法是建立箱体有限元模型并计入非耦合传动系统模型的轴承激振力，没有考虑齿轮副、轴、轴承、基础、齿轮箱之间的相互影响。

部分学者建立了齿轮传动系统和箱体的耦合动力学模型，采用的方法有集中质量法、有限元法、多体动力学、模态综合法、动刚度综合法和统计能量法。在齿轮系统振动分析时，基础通常只能获取动刚度参数，因此齿轮箱体耦合分析模型难以直接扩展到齿轮-箱体-基础耦合模型，只有机械动刚度综合法具有应用到考虑基础耦合的齿轮系统振动分析的潜力。

因此，本申请提出一种柔性支承齿轮传动装置动刚度建模方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种柔性支承齿轮传动装置动刚度建模方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种柔性支承齿轮传动装置动刚度建模方法，针对单层隔振齿轮系统，将该系统划分为传动系统模块、箱体模块、隔振器模块和基础模块，具体包括以下步骤：

步骤1、建立所述传动系统模块的集中质量模型，并转换得到传动系统模块的动刚度方程；

步骤2、建立所述箱体模块有限元模型，通过谐响应分析得到箱体模块的动刚度方程；

步骤3、将所述隔振器模块简化为Timoshenko梁，通过波动方程得到隔振器模块的动刚度方程；

步骤4、所述基础模块通过试验获取动刚度参数；

步骤5、通过对各个模块的动刚度方程进行组装，得到完整的齿轮传动装置动刚度模型，实现理论参数/试验参数的混合建模。

优选地，所述传动系统模块的集中质量模型包括齿轮副模块、轴模块、轴承模块，分别建立所述齿轮副模块、轴模块、轴承模块的集中质量模型，并分别转换得到动刚度方程。

优选地，所述齿轮副模块建模过程为：

首先建立齿轮副的集中质量模型，然后转为动刚度模型，在建模过程中忽略摩擦、脱啮、冲击、陀螺效应非线性因素。

优选地，所述轴模块的建模过程为：

将轴根据截面尺寸和齿轮、轴承、功率输入输出点位置划分为系列轴段，每个轴段包含两个节点，每个节点6个自由度，轴段单元借助于空间Timoshenko梁单元理论进行建模；

忽略轴段翘曲，假设轴段的质心、几何中心和剪切中心重合，假设每根轴段的两个节点分别承受弯矩、扭矩和轴向力，轴段两节点的广义坐标为x^shi＝{x₁,y₁,z₁,θ_x1,θ_y1,θ_z1,x₂,y₂,z₂,θ_x2,θ_y2,θ_z2}；