CN110941885A - 齿轮箱振动分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种齿轮箱振动分析方法，包括以下步骤：步骤A：利用CAE软件对齿轮箱整个传动系统进行建模，并通过CAE软件对三维模型进行网格划分形成网格模型，转步骤B；步骤B：设置边界条件，对齿轮接触进行初次微观修形，使齿轮满足设计需求，转步骤C；步骤C：利用CAE软件对齿轮箱进行固有模态分析和齿轮啮合动态响应分析，找出转速范围内潜在的共振交点，对齿轮箱振动影响因素进行优化分析并调整，直到齿轮箱振动结果达到预期结果。本发明利用软件对齿轮箱进行优化分析，便于齿轮箱的振动分析。
Description
技术领域
本发明涉及机械动力学技术领域，特别是涉及一种齿轮箱振动分析方法。
背景技术
机械制造技术和能力的不断提升，推动了整个行业的快速发展。随着行业发展，传动机械对零部件的设计要求也随之提升，同时大功率机型市场占比也不断增高，用户对齿轮箱的要求也愈发严格，齿轮箱振动性能优异尤为重要。
齿轮箱作为传动机械的重要部件，既要满足复杂工况载荷下使用要求，又要满足用户要求，如轻量化，长寿命，高强度等。目前，通常是人工试验对齿轮箱的振动进行分析，费时费力。
因此，如何便于齿轮箱的振动分析为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种齿轮箱振动分析方法，能够便于齿轮箱的振动分析。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种齿轮箱振动分析方法，包括以下步骤：
步骤A：利用CAE软件对齿轮箱整个传动系统进行建模，并通过所述CAE软件对所述三维模型进行网格划分形成网格模型，转步骤B；
步骤B：设置边界条件，对齿轮接触进行初次微观修形，使所述齿轮满足设计需求，转步骤C；
步骤C：利用所述CAE软件对所述齿轮箱进行固有模态分析和齿轮啮合动态响应分析，找出转速范围内潜在的共振交点，对所述齿轮箱振动影响因素进行优化分析并调整，直到所述齿轮箱振动结果达到预期结果。
在一个具体实施方案中，所述步骤C具体包括：
步骤C1：利用所述CAE软件对所述齿轮箱进行固有模态分析，找出转速范围内潜在的共振交点，利用所述CAE软件做齿轮啮合动态响应分析，得到所述齿轮箱的箱体上设计测点处的频谱图和瀑布图，分析所述频谱图和瀑布图，转步骤C2；
步骤C2：判断所述齿轮箱的振动结果是否达到预设结果，若否，对所述齿轮箱的振动影响因素由重及次进行排序，按照排序顺序进行优化分析，并转步骤C1，若是，转步骤C3；
步骤C3：利用所述CAE软件再对所述齿轮箱做齿轮啮合的动态响应分析，找出在转速范围内能量高点，对所述能量高点进行一一分析，查看所述箱体上设计测点处的振动值，转步骤C4；
步骤C4：判断所述齿轮箱能否满足设计要求，及所述齿轮箱结构是否还需优化，若是，转步骤C5，若否，转步骤C3；
步骤C5：在所述CAE软件中模拟所述齿轮箱在试验台位上的布置，加载试验时的载荷进行分析，再模拟所述齿轮箱在整机传动链上的布置，对所述齿轮箱振动再进行分析，若出现能量高点高于设计预期要求，对步骤C2中的振动影响因素进行微调优化，使所述齿轮箱振动结果达到预期结果。
在另一个具体实施方案中，所述步骤C5后还包括步骤C6：输出最优分析方案，完成所述齿轮箱的方案设计。
在另一个具体实施方案中，所述步骤C2中的振动影响因素包括所述齿轮的基本参数、齿轮结构设计、齿轮微观修形、传动轴结构设计、传动轴上零部件的安装位置、箱体结构、轴承固有特性、轴承游隙及零部件加工装配时存在的误差。
在另一个具体实施方案中，所述步骤C1中的找出转速范围内潜在的共振交点具体为通过对所述齿轮箱进行固有模态分析，得到所述齿轮箱的固有频率和坎贝尔图，在所述坎贝尔图上找出转速范围内潜在的共振交点。
在另一个具体实施方案中，所述步骤C1中的利用所述CAE软件做齿轮啮合动态响应分析具体以所述齿轮的传递误差作为激励进行分析的。
在另一个具体实施方案中，所述步骤C1中的频谱图和瀑布图为所述设计测点处的振动位移、速度和加速度的频谱图和瀑布图。
在另一个具体实施方案中，所述步骤B中的对齿轮接触进行初次微观修形具体基于所述CAE软件微观修形模块进行。
在另一个具体实施方案中，所述步骤B中的齿轮满足设计需求具体为使所述齿轮的强度、应力、接触状态和传递误差满足设计需求。
根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。
根据上述技术方案可知，本发明提供的齿轮箱振动分析方法，首先，根据齿轮箱的尺寸数据建立齿轮箱整个传动系统的三维模型，并通过CAE软件对三维模型进行网格划分；然后，设置边界条件，对齿轮接触进行初次微观修形，使齿轮满足设计需求；最后，利用CAE软件，对齿轮箱进行固有模态分析和齿轮啮合动态响应分析，找出转速范围内潜在的共振交点，对齿轮箱振动影响因素进行优化分析并调整，直到齿轮箱振动结果达到预期结果。本发明利用软件对齿轮箱进行优化分析，便于齿轮箱的振动分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种齿轮箱振动分析方法流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明公开了一种齿轮箱振动分析方法，包括以下步骤：
步骤S1：利用CAE软件对齿轮箱整个传动系统进行建模，并通过CAE软件对三维模型进行网格划分。
根据齿轮箱初步设计方案，利用CAE软件对齿轮箱整个传动系统进行建模，在软件中建立传动链的模型并设置相关属性，利用CAE软件对异形轴和壳体等不规则零件进行划分网格，之后，转步骤S2。
齿轮箱整个传动系统的三维模型包括异形轴、行星架、箱体及齿轮等。
步骤S2：设置边界条件，对齿轮接触进行初次微观修形，使齿轮满足设计需求。
利用软件分析整个系统的变形，并查看各个传动轴的变形，再基于软件分析对齿轮接触进行初次微观修形，使齿轮强度、应力、接触状态和传递误差满足设计需求。
步骤S3：利用CAE软件对齿轮箱进行固有模态分析和齿轮啮合动态响应分析，找出转速范围内潜在的共振交点，对齿轮箱振动影响因素进行优化分析并调整，直到齿轮箱振动结果达到预期结果。
本发明提供的齿轮箱振动分析方法，首先，根据齿轮箱的尺寸数据建立齿轮箱整个传动系统的三维模型，并通过CAE软件对三维模型进行网格划分；然后，设置边界条件，对齿轮接触进行初次微观修形，使齿轮满足设计需求；最后，利用CAE软件，对齿轮箱进行固有模态分析和齿轮啮合动态响应分析，找出转速范围内潜在的共振交点，对齿轮箱振动影响因素进行优化分析并调整，直到齿轮箱振动结果达到预期结果。本发明利用软件对齿轮箱进行优化分析，便于齿轮箱的振动分析。
实施例二
在本发明提供的第二实施例中，本实施例中的齿轮箱振动分析方法和实施例一中的齿轮箱振动分析方法的类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。
本实施例中，本发明公开了步骤S3具体包括：
步骤S31：利用CAE软件，对齿轮箱进行固有模态分析，找出转速范围内潜在的共振交点，利用CAE软件做齿轮啮合动态响应分析，得到齿轮箱的箱体上设计测点处的频谱图和瀑布图，分析频谱图和瀑布图。
具体地，本发明公开了找出转速范围内潜在的共振交点具体为通过对齿轮箱进行固有模态分析，得到齿轮箱的固有频率和坎贝尔图，在坎贝尔图上找出转速范围内潜在的共振交点。
进一步地，本发明公开了利用CAE软件做齿轮啮合动态响应分析具体以齿轮的传递误差作为激励进行分析的。
进一步地，本发明公开了步骤S31中的频谱图和瀑布图为设计测点处的振动位移、速度和加速度分别对应的频谱图和瀑布图。
步骤S32：判断齿轮箱的振动结果是否达到预设结果。
步骤S31后转入步骤S32，首先，判断齿轮箱的振动结果是否达到预设结果，若否，对齿轮箱的振动影响因素由重及次进行排序，按照排序顺序进行优化分析，并转步骤S31，若是，转下一步骤，即步骤S33。
具体地，本发明公开了振动影响因素包括齿轮的基本参数、齿轮结构设计、齿轮微观修形、传动轴结构设计、传动轴上零部件的安装位置、箱体结构、轴承固有特性、轴承游隙及零部件加工装配时存在的误差。
步骤S33：利用CAE软件再对齿轮箱做齿轮啮合的动态响应分析，找出在转速范围内能量高点，对能量高点进行一一分析，查看箱体上设计测点处的振动值。
步骤S34：判断齿轮箱能否满足设计要求，及齿轮箱结构是否还需优化。
当判断出齿轮箱满足设计要求且齿轮箱结构不需要优化时，转步骤S35，若判断出齿轮箱不满足设计要求或者齿轮箱结构还需要再优化时，转步骤S33，对振动影响因素进行微调优化，使齿轮箱振动结果理想化，结构最优化。
步骤S35：在CAE软件中模拟齿轮箱在试验台位上的布置，加载试验时的载荷进行分析，再模拟齿轮箱在整机传动链上的布置，对齿轮箱振动再进行分析，若出现能量高点高于设计预期要求，对步骤S32中的振动影响因素进行微调优化，使齿轮箱振动结果达到预期结果。
进一步地，本发明公开了步骤S35后还包括步骤S36：输出最优分析方案，完成齿轮箱的方案设计。
进一步地，本发明公开了步骤S2中的对齿轮接触进行初次微观修形具体基于CAE软件微观修形模块进行。
进一步地，本发明公开了步骤S2中的齿轮满足设计需求具体为齿轮接触状态和传递误差满足设计需求。
本发明适用于所有齿轮传动系统的振动分析，本发明主要通过齿轮箱设计时振动性能的分析及各个零部件的优化分析，使齿轮箱具有最优的振动特性，解决了现有技术与实际应用间差异较大的问题，为后续试验提供有力依据，降低反复拆装，返修和试验的成本。本发明利用CAE软件对齿轮箱的整个传动系统进行建模，基于软件对齿轮箱的振动特性进行分析，并综合性的考虑齿轮箱各个因素对齿轮箱振动特性的影响，对以上因素进行优化分析后，再模拟试验台位布置和传动链上的布置，进行进一步优化分析，使齿轮箱的振动特性达到最优，同时，通过对零部件的优化分析，既达到了轻量化的目标，又提升了齿轮箱的可靠性和使用寿命。
本发明具有如下优点：
(1)本发明采用齿轮箱系统建模，分析时综合考虑了齿轮箱各个部件对其振动特性的影响，此分析方法解决了现有分析方法与实际应用差异性较大的缺点；同时也考虑了部件优化，使齿轮箱达到振动最优；
(2)本发明通过对齿轮箱系统振动特性的分析，能有效避开设计时可能存在的能量高点，为样机试验提供有利依据，缩短了设计周期，提高了试验的通过率，降低了反复拆装、返修和试验的成本；
(3)本发明利用CAE软件对齿轮箱系统进行分析的同时，也对齿轮箱的零部件进行了优化，即达到轻量化设计目标，同时提升了齿轮箱可靠性和使用寿命，增加了市场竞争的筹码。
具体地，CAE软件可以包括MASTA软件、有限元软件及三维软件等，通过三维软件建模，通过有限元软件划分网格，再导入MASTA软件进行分析。也可以用Romax软件代替MASTA软件进行分析。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种齿轮箱振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：利用CAE软件对齿轮箱整个传动系统进行建模，并通过所述CAE软件对所述三维模型进行网格划分，转步骤B；
步骤B：设置边界条件，对齿轮接触进行初次微观修形，使所述齿轮满足设计需求，转步骤C；
步骤C：利用所述CAE软件对所述齿轮箱进行固有模态分析和齿轮啮合动态响应分析，找出转速范围内潜在的共振交点，对所述齿轮箱振动影响因素进行优化分析并调整，直到所述齿轮箱振动结果达到预期结果。
2.根据权利要求1所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
步骤C1：利用所述CAE软件对所述齿轮箱进行固有模态分析，找出转速范围内潜在的共振交点，利用所述CAE软件做齿轮啮合动态响应分析，得到所述齿轮箱的箱体上设计测点处的频谱图和瀑布图，分析所述频谱图和瀑布图，转步骤C2；
步骤C2：判断所述齿轮箱的振动结果是否达到预设结果，若否，对所述齿轮箱的振动影响因素由重及次进行排序，按照排序顺序进行优化分析，并转步骤C1，若是，转步骤C3；
步骤C3：利用所述CAE软件再对所述齿轮箱做齿轮啮合的动态响应分析，找出在转速范围内能量高点，对所述能量高点进行一一分析，查看所述箱体上设计测点处的振动值，转步骤C4；
步骤C4：判断所述齿轮箱能否满足设计要求，及所述齿轮箱结构是否还需优化，若是，转步骤C5，若否，转步骤C3；
步骤C5：在所述CAE软件中模拟所述齿轮箱在试验台位上的布置，加载试验时的载荷进行分析，再模拟所述齿轮箱在整机传动链上的布置，对所述齿轮箱振动再进行分析，若出现能量高点高于设计预期要求，对步骤C2中的振动影响因素进行微调优化，使所述齿轮箱振动结果达到预期结果。
3.根据权利要求2所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤C5后还包括步骤C6：输出最优分析方案，完成所述齿轮箱的方案设计。
4.根据权利要求2所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤C2中的振动影响因素包括所述齿轮的基本参数、齿轮结构设计、齿轮微观修形、传动轴结构设计、传动轴上零部件的安装位置、箱体结构、轴承固有特性、轴承游隙及零部件加工装配时存在的误差。
5.根据权利要求2所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤C1中的找出转速范围内潜在的共振交点具体为通过对所述齿轮箱进行固有模态分析，得到所述齿轮箱的固有频率和坎贝尔图，在所述坎贝尔图上找出转速范围内潜在的共振交点。
6.根据权利要求2所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤C1中的利用所述CAE软件做齿轮啮合动态响应分析具体以所述齿轮的传递误差作为激励进行分析的。
7.根据权利要求2所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤C1中的频谱图和瀑布图为所述设计测点处的振动位移、速度和加速度的频谱图和瀑布图。
8.根据权利要求1所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤B中的对齿轮接触进行初次微观修形具体基于所述CAE软件微观修形模块进行。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的齿轮箱振动分析方法，其特征在于，所述步骤B中的齿轮满足设计需求具体为使所述齿轮的强度、应力、接触状态和传递误差满足设计需求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200331 |