CN110472344A - 一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法 - Google Patents

一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，包括步骤1、建立动力学模型；步骤2、将动力学模型划分为子系统；步骤3、根据各个子系统之间的连接关系，建立分层物理传递路径；步骤4、求取各个子系统沿各分层物理传递路径方向的零件的激振功率；步骤5、分析各个子系统的受约束关系，建立分层自由度传递路径；步骤6、求取各个子系统沿各自由度方向的零件的激振功率；步骤7、筛选出最大各个子系统中振动大的零部件、振动大的自由度方向；步骤8、对振动大的零部件、振动大的自由度方向设置减震措施。本发明通过建立分层物理传递路径和分层自由度传递路径，采用功率流指标对系统进行分析，实用性好，值得推广。

Description

一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法
技术领域
本发明属于动力学分析技术领域，具体涉及一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法。
背景技术
在齿轮系统中，齿轮的振动依次通过轴、轴承、箱体及隔振系统传递到基础，进而产生噪声。针对一般隔振系统的传递已有研究，隔振模型也经由经典刚体模型逐渐发展为多维复杂柔性模型，但是评价指标多为力和加速度指标，评价模型通常也进行了大量简化，无法考虑齿轮箱的内部细节，无法计入真实的齿轮激振力，也无法考虑隔振系统对齿轮激励的影响。针对一般齿轮系统的振动传递特性也有一定的研究，但模型相对简单，研究重点多在于轴承的振动传递，同时也没有从能量或者功率角度进行研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，包括以下步骤：
步骤1、建立柔性支承齿轮系统的动力学模型；
步骤2、将动力学模型划分为多个子系统；
步骤3、根据各个子系统之间的连接关系，建立柔性支承齿轮系统分层物理传递路径；
步骤4、求取各个子系统沿各分层物理传递路径方向的零件的激振功率；
步骤5、分析各个子系统的受约束关系，建立柔性支承齿轮系统分层自由度传递路径；
步骤6、求取各个子系统沿各自由度方向的零件的激振功率；
步骤7、将所有计算得到的激振功率值作对比，筛选出最大各个子系统中振动大的零部件、振动大的自由度方向；
步骤8、对振动大的零部件、振动大的自由度方向设置减震措施，以达到整体系统减少振动、降低噪声的效果。
进一步的，所述步骤3中的分层物理传递路径为齿轮-轴-轴承-箱体-隔振器-基础。
进一步的，所述步骤5中的每个子系统均含有6个自由度，分别是沿x轴方向的平动ux、沿y轴方向的平动uy、沿z轴方向的平动uz、绕x轴的转动rx、绕y轴的转动ry、绕z轴的转动rz。
进一步的，所述步骤8中的减震措施包括改变零部件的结构和在振动大的自由度方向加阻尼材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，通过从能量及功率的角度来进行研究，计入了齿轮的激振力，对振动噪音的研究更加准确，从而可以精确的研究振动的影响以方便为控制振动及噪声提供有力的支撑，实用性好，值得推广。
附图说明
图1是本发明的分析方法的流程示意图；
图2是本发明的分层物理传递路径；
图3是本发明的分层自由度传递路径。
具体实施方式
本发明提供了一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，下面结合图1到图3，对本发明进行说明。
如图1所示，本发明提供了一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，包括以下步骤：
步骤1、建立柔性支承齿轮系统的动力学模型；
步骤2、将动力学模型划分为多个子系统；
步骤3、根据各个子系统之间的连接关系，建立柔性支承齿轮系统分层物理传递路径；
步骤4、求取各个子系统沿各分层物理传递路径方向的零件的激振功率；
步骤5、分析各个子系统的受约束关系，建立柔性支承齿轮系统分层自由度传递路径；
步骤6、求取各个子系统沿各自由度方向的零件的激振功率；
步骤7、将所有计算得到的激振功率值作对比，筛选出最大各个子系统中振动大的零部件、振动大的自由度方向；
步骤8、对振动大的零部件、振动大的自由度方向设置减震措施，以达到整体系统减少振动、降低噪声的效果。
进一步的，所述步骤3中的分层物理传递路径为齿轮-轴-轴承-箱体-隔振器-基础。
进一步的，所述步骤5中的每个子系统均含有6个自由度，分别是沿x轴方向的平动ux、沿y轴方向的平动uy、沿z轴方向的平动uz、绕x轴的转动rx、绕y轴的转动ry、绕z轴的转动rz。
进一步的，所述步骤8中的减震措施包括改变零部件的结构和在振动大的自由度方向加阻尼材料。
本发明建立柔性支承齿轮系统的动力学模型，计算得各个子系统及各个子系统沿6个自由度方向的激振功率，具体步骤如图1所示。
实施例1
齿轮传动为一级传动，即齿轮副只有主动轮和从动轮两个齿轮，两个齿轮分别装在两个轴上，每个轴上各有两个轴承，即四个轴承，轴承通过四个轴承孔安装在箱体上，箱体通过六个隔振器与基础连接。
建立如图2所示的柔性支承齿轮系统分层物理传递路径和如图3所示的柔性支承齿轮系统分层自由度传递路径。
其中，P代表输入功率，1代表齿轮子系统，2代表轴子系统，3代表轴承子系统，4代表箱体子系统，5代表隔振器子系统，6代表基础子系统。分析功率在各个子系统中各零部件的流动以及沿各个自由度方向的流动，其中，计算中涉及到的公式符号如下说明：
——第i个子系统的第j个零件的速度的共轭转置；
Fij——第i个子系统的第j个零件的激振力；
Pij——第i个子系统的第j个零件的激振功率；
——第i个子系统沿x平移方向的速度的共轭转置；
——第i个子系统沿y平移方向的速度的共轭转置；
——第i个子系统沿z平移方向的速度的共轭转置；
——第i个子系统绕x旋转方向的速度的共轭转置；
——第i个子系统绕y旋转方向的速度的共轭转置；
——第i个子系统绕z旋转方向的速度的共轭转置；
Fiux——第i个子系统沿x平移方向的激振力；
Fiuy——第i个子系统沿y平移方向的激振力；
Fiuz——第i个子系统沿z平移方向的激振力；
Firx——第i个子系统绕x旋转方向的激振力；
Firy——第i个子系统绕y旋转方向的激振力；
Firz——第i个子系统绕z旋转方向的激振力；
Piux——第i个子系统沿x平移方向的激振功率；
Piuy——第i个子系统沿y平移方向的激振功率；
Piuz——第i个子系统沿z平移方向的激振功率；
Pirx——第i个子系统绕x旋转方向的激振功率；
Piry——第i个子系统绕y旋转方向的激振功率；
Pirz——第i个子系统绕z旋转方向的激振功率；
i＝1,2,3,4,5,6，子系统的编号；
j＝1,2….子系统中零件的编号。
1、齿轮子系统激振功率
分别计算求解得齿轮1的速度和激振力F11，得到齿轮1的激振功率P11
分别计算求解得齿轮2的速度和激振力F12，得到齿轮2的激振功率P12
比较齿轮1激振功率P11、齿轮2激振功率P12的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
分别计算求解得齿轮子系统沿x平移方向的速度激振力F1ux，计算得到齿轮子系统的沿x平移方向的激振功率
分别计算求解得齿轮子系统沿y平移方向的速度激振力F1uy，计算得到齿轮子系统的沿y平移方向的激振功率
分别计算求解得齿轮子系统沿z平移方向的速度激振力F1uz，计算得到齿轮子系统的沿z平移方向的激振功率
分别计算求解得齿轮子系统绕x旋转方向的速度激振力F1rx，计算得到齿轮子系统的绕x旋转方向的激振功率
分别计算求解得齿轮子系统绕y旋转方向的速度激振力F1ry，计算得到齿轮子系统的绕y旋转方向的激振功率
分别计算求解得齿轮子系统绕z旋转方向的速度激振力F1rz，计算得到齿轮子系统的绕z旋转方向的激振功率
比较齿轮子系统沿6个自由度方向激振功率(P1ux、P1uy、P1uz、P1rx、P1ry、P1rz)的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
2、轴子系统激振功率
分别计算求解得轴1的速度激振力F21，计算得到轴1的激振功率
分别计算求解得轴2的速度激振力F22，计算得到轴2的激振功率
比较轴1和轴2激振功率P21、P22的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
分别计算求解得轴子系统沿x平移方向的速度激振力F2ux，计算得到轴子系统的沿x平移方向的激振功率
分别计算求解得轴子系统沿y平移方向的速度激振力F2uy，计算得到轴子系统的沿y平移方向的激振功率
分别计算求解得轴子系统沿z平移方向的速度激振力F2uz，计算得到轴子系统的沿z平移方向的激振功率
分别计算求解得轴子系统绕x旋转方向的速度激振力F2rx，计算得到轴子系统的绕x旋转方向的激振功率
分别计算求解得轴子系统绕y旋转方向的速度激振力F2ry，计算得到轴子系统的绕y旋转方向的激振功率
分别计算求解得轴子系统绕z旋转方向的速度激振力F2rz，计算得到轴子系统的绕z旋转方向的激振功率
比较轴子系统沿6个自由度方向激振功率(P2ux、P2uy、P2uz、P2rx、P2ry、P2rz)的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
3、轴承子系统激振功率
分别计算求解得轴承1的速度激振力F31，计算得到轴承1的激振功率
分别计算求解得轴承2的速度激振力F32，计算得到轴承2的激振功率
分别计算求解得轴承3的速度激振力F33，计算得到轴承3的激振功率
分别计算求解得轴承4的速度激振力F34，计算得到轴承4的激振功率
比较轴承1激振功率P31、轴承2激振功率P32、轴承3激振功率P33、轴承4激振功率P34的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
分别计算求解得轴承子系统沿x平移方向的速度激振力F3ux，计算得到轴承子系统的沿x平移方向的激振功率
分别计算求解得轴承子系统沿y平移方向的速度激振力F3uy，计算得到轴承子系统的沿y平移方向的激振功率
分别计算求解得轴承子系统沿z平移方向的速度激振力F3uz，计算得到轴承子系统的沿z平移方向的激振功率
分别计算求解得轴承子系统绕x旋转方向的速度激振力F3rx，计算得到轴承子系统的绕x旋转方向的激振功率
分别计算求解得轴承子系统绕y旋转方向的速度激振力F3ry，计算得到轴承子系统的绕y旋转方向的激振功率
分别计算求解得轴承子系统绕z旋转方向的速度激振力F3rz，计算得到轴承子系统的绕z旋转方向的激振功率
比较轴承子系统沿6个自由度方向激振功率(P3ux、P3uy、P3uz、P3rx、P3ry、P3rz)的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
4、箱体子系统激振功率
分别计算求解得轴承孔1的速度激振力F41，计算得到轴承孔1的激振功率
分别计算求解得轴承孔2的速度激振力F42，计算得到轴承孔2的激振功率
分别计算求解得轴承孔3的速度激振力F43，计算得到轴承孔3的激振功率
分别计算求解得轴承孔4的速度激振力F44，计算得到轴承孔4的激振功率
比较箱体轴承孔1的激振功率P41、轴承孔2的激振功率P42、轴承孔3的激振功率P43、轴承孔4的激振功率P44的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
分别计算求解得箱体子系统沿x平移方向的速度激振力F4ux，计算得到箱体子系统的沿x平移方向的激振功率
分别计算求解得箱体子系统沿y平移方向的速度激振力F4uy，计算得到箱体子系统的沿y平移方向的激振功率
分别计算求解得箱体子系统沿z平移方向的速度激振力F4uz，计算得到箱体子系统的沿z平移方向的激振功率
分别计算求解得箱体子系统绕x旋转方向的速度激振力F4rx，计算得到箱体子系统的绕x旋转方向的激振功率
分别计算求解得箱体子系统绕y旋转方向的速度激振力F4ry，计算得到箱体子系统的绕y旋转方向的激振功率
分别计算求解得箱体子系统绕z旋转方向的速度激振力F4rz，计算得到箱体子系统的绕z旋转方向的激振功率
比较箱体子系统沿6个自由度方向激振功率(P4ux、P4uy、P4uz、P4rx、P4ry、P4rz)的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
5、隔振器子系统激振功率
分别计算求解得隔振器1的速度激振力F51，计算得到隔振器1的激振功率
分别计算求解得隔振器2的速度激振力F52，计算得到隔振器2的激振功率
分别计算求解得隔振器3的速度激振力F53，计算得到隔振器3的激振功率
分别计算求解得隔振器4的速度激振力F54，计算得到隔振器4的激振功率
分别计算求解得隔振器5的速度激振力F55，计算得到隔振器5的激振功率
分别计算求解得隔振器6的速度激振力F56，计算得到隔振器6的激振功率
比较隔振器1的激振功率P51、隔振器2的激振功率P52、隔振器3的激振功率P53、隔振器4的激振功率P54、隔振器5的激振功率P55、隔振器6的激振功率P56的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
分别计算求解得隔振器子系统沿x平移方向的速度激振力F5ux，计算得到隔振器子系统的沿x平移方向的激振功率
分别计算求解得隔振器子系统沿y平移方向的速度激振力F5uy，计算得到隔振器子系统的沿y平移方向的激振功率
分别计算求解得隔振器子系统沿z平移方向的速度激振力F5uz，计算得到隔振器子系统的沿z平移方向的激振功率
分别计算求解得隔振器子系统绕x旋转方向的速度激振力F5rx，计算得到隔振器子系统的绕x旋转方向的激振功率
分别计算求解得隔振器子系统绕y旋转方向的速度激振力F5ry，计算得到隔振器子系统的绕y旋转方向的激振功率
分别计算求解得隔振器子系统绕z旋转方向的速度激振力F5rz，计算得到隔振器子系统的绕z旋转方向的激振功率
比较隔振器子系统沿6个自由度方向激振功率(P5ux、P5uy、P5uz、P5rx、P5ry、P5rz)的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
6、基础子系统激振功率
分别计算求解得隔振器孔1的速度激振力F61，计算得到隔振器孔1的激振功率
分别计算求解得隔振器孔2的速度激振力F62，计算得到隔振器孔2的激振功率
分别计算求解得隔振器孔3的速度激振力F63，计算得到隔振器孔3的激振功率
分别计算求解得隔振器孔4的速度激振力F64，计算得到隔振器孔4的激振功率
分别计算求解得隔振器孔5的速度激振力F65，计算得到隔振器孔5的激振功率
分别计算求解得隔振器孔6的速度激振力F66，计算得到隔振器孔6的激振功率
比较基础上隔振器孔1的激振功率P61、隔振器孔2的激振功率P62、隔振器孔3的激振功率P63、隔振器孔4的激振功率P64、隔振器孔5的激振功率P65、隔振器孔6的激振功率P66的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
分别计算求解得基础子系统沿x平移方向的速度激振力F6ux，计算得到基础子系统的沿x平移方向的激振功率
分别计算求解得基础子系统沿y平移方向的速度激振力F6uy，计算得到基础子系统的沿y平移方向的激振功率
分别计算求解得基础子系统沿z平移方向的速度激振力F6uz，计算得到基础子系统的沿z平移方向的激振功率
分别计算求解得基础子系统绕x旋转方向的速度激振力F6rx，计算得到基础子系统的绕x旋转方向的激振功率
分别计算求解得基础子系统绕y旋转方向的速度激振力F6ry，计算得到基础子系统的绕y旋转方向的激振功率
分别计算求解得基础子系统绕z旋转方向的速度激振力F6rz，计算得到基础子系统的绕z旋转方向的激振功率
比较基础子系统沿6个自由度方向激振功率(P6ux、P6uy、P6uz、P6rx、P6ry、P6rz)的大小，激振功率大者振动大，激振功率小者振动小。
对上述得到的各个子系统中振动大的零部件、振动大的自由度方向，采取一定的措施以减少各子系统的振动，例如改变零部件的结构、在振动大的自由度方向加阻尼材料，从而达到整体系统减少振动、降低噪声的效果。
本发明提供了一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，通过从能量及功率的角度来进行研究，计入了齿轮的激振力，对振动噪音的研究更加准确，从而可以精确的研究振动的影响以方便为控制振动及噪音提供有力的支撑，实用性好，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立柔性支承齿轮系统的动力学模型；
步骤2、将动力学模型划分为多个子系统；
步骤3、根据各个子系统之间的连接关系，建立柔性支承齿轮系统分层物理传递路径；
步骤4、求取各个子系统沿各分层物理传递路径方向的零件的激振功率；
步骤5、分析各个子系统的受约束关系，建立柔性支承齿轮系统分层自由度传递路径；
步骤6、求取各个子系统沿各自由度方向的零件的激振功率；
步骤7、将所有计算得到的激振功率值作对比，筛选出最大各个子系统中振动大的零部件、振动大的自由度方向；
步骤8、对振动大的零部件、振动大的自由度方向设置减震措施，以达到整体系统减少振动、降低噪声的效果。
2.根据权利要求1所述的一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，其特征在于，所述步骤3中的分层物理传递路径为齿轮-轴-轴承-箱体-隔振器-基础。
3.根据权利要求1所述的一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，其特征在于，所述步骤5中的每个子系统均含有6个自由度，分别是沿x轴方向的平动ux、沿y轴方向的平动uy、沿z轴方向的平动uz、绕x轴的转动rx、绕y轴的转动ry、绕z轴的转动rz。
4.根据权利要求1所述的一种柔性支承齿轮系统分层传递路径分析方法，其特征在于，所述步骤8中的减震措施包括改变零部件的结构和在振动大的自由度方向加阻尼材料。
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