齿轮箱振动噪声分析方法与信号处理研究

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在高速发展的现代工业中,齿轮已经成为现代工业中最为重要和关键的零部件之一。齿轮箱由于有传动力矩大,传动比固定,结构紧凑等优点,因此在机械电子、采矿冶金、汽车交通、航天航空等领域中得到了广泛的应用,成为实现各类机器进行变速传动的重要部件。但科学技术在不断的进步和发展,人们希望齿轮箱有更高的性能参数,例如较大的传递功率、较轻的重量、较小的体积、较小的振动、较低的噪声等。由于齿轮结构特征的原因,齿轮啮合刚度的波动以及误差作用在齿轮啮合的过程中会一直存在,从而使齿轮传动系统发生振动,再由轴承传递给箱体,进而引起齿轮箱的振动,并伴随着噪声辐射。齿轮系统(包含箱体和传动系统)的振动已经使齿轮箱在效率和精度等方面受到了严重的影响,而且产生的噪声会使周围工作人员的身心健康受到损害。  本课题首先通过分析齿轮啮合的动态激励,得到内部激励是齿轮系统动态激励的主要部分。通过分析齿轮啮合动力学方程,齿轮副振动模型以及齿轮传动系统的振动模型,建立了相应振动模型的数学方程,为研究齿轮箱振动噪声提供了理论依据。其次,通过实地测绘得到齿轮箱的实际尺寸参数,利用 PRO/E建立齿轮箱三维实体模型,对模型进行网格化分。利用有限元软件 ANSYS对该模型进行了自由模态和约束模态计算,分别得到了两种条件下前十阶的模态频率。通过分析模态计算得到的振型,可以得出齿轮箱的振动主要集中于箱体的上部,而且齿轮箱的振动噪声的产生多是由箱体的扭转,摆动以及弯曲造成的。然后,在现有条件下搭建齿轮箱振动噪声试验平台。利用模态分析的结果选择采集振动信号数据的采集点,通过在采集点处的加速度传感器采集振动信号数据。最后,将采集数据输入处理振动信号的 Matlab程序,得到了振动信号的频谱图。在对频谱图做出分析后可知,齿轮箱的振动噪声主要来源于齿轮箱内部轮齿的相互啮合,这验证了模态分析的结果,而且还有一些地方存在高阶模态振动的情况。通过分析齿轮箱振动信号数据,为下一步齿轮修形提供了参考依据。
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