博士学位论文答辩公告--机电学院任亚峰

2019年05月16日 09:51  

学科专业:机械设计及理论
论文题目:基于阻抗的柔性支承齿轮传动装置振动耦合与传递特性研究
答辩人:任亚峰
指导老师:常山
时  间:2019-05-23  08:30
地  点:B412
一、学位论文简介
齿轮传动装置作为船舶动力系统不可或缺的重要组成,对船舶机械噪声有显著的贡献。为了减小齿轮系统传递到船体基础的振动,船舶齿轮箱一般通过隔振器柔性安装在浮筏或船体上。隔振系统的参数和性能不仅对抑制振动传递、控制振动响应有显著的影响,而且会影响齿轮啮合及箱体的边界条件,进而影响系统的振动噪声。对齿轮系统设计分析而言,隔振系统和基础唯一可以获取的参数为阻抗/导纳参数。因此将基础阻抗合理地计入齿轮系统动力学计算及箱体振动噪声的仿真分析,对船舶齿轮的振动噪声定量预测和传递控制具有重要的意义。 本文建立了考虑箱体柔性支承影响下的齿轮承载接触分析模型,提出了适用于不同隔振型式的齿轮系统阻抗建模方法,研究了齿轮箱和隔振器柔性对齿轮系统振动噪声的影响规律,并分析了齿轮系统的振动功率流传递特性。本文工作的主要内容如下: 1、建立了一种能够考虑箱体柔性支承影响的齿轮承载接触分析模型,将轮齿变形分为整体弯曲-剪切变形和局部接触变形,采用有限元子结构法提取轮齿的弯曲-剪切柔度系数,采用弹性接触理论计算轮齿接触变形,根据齿轮精度等级确定了三类制造误差,推导并在模型中计入了柔性支承影响下齿轮的啮合错位,最终通过求解非线性接触方程得到了齿轮啮合刚度。研究了柔性支承对啮合刚度和齿轮激振力的影响,发现箱体柔性支承会导致齿轮产生啮合错位,使得齿轮啮合产生明显的偏载效果,进而影响齿轮啮合刚度和传递误差激振力。 2、提出了柔性支承齿轮系统的全耦合阻抗通用化建模方法,建立了齿轮-箱体-基础耦合阻抗模型,克服了传统齿轮系统动力学分析与隔振系统振动分析相互独立的缺点。模型考虑了各子系统的柔性和各自由度之间的耦合关系,可以实现理论参数和试验参数的混合参数建模。通过与有限元模型和集中质量模型对比,验证了阻抗模型的有效性。 3、分析了箱体柔性在不同工作转速下对齿轮系统振动噪声的影响规律。结果表明:箱体柔性对齿轮振动影响较小,但会减小轴承动态支反力波动和箱体的低频振动噪声;减小箱体刚度或增大轴承刚度都使得箱体对传动系统的影响增大;降低箱体刚度可能会降低轴承激励,因此不一定会增大箱体振动,但会增大辐射噪声。分析了隔振器柔性在不同工作转速下对齿轮系统振动噪声的影响规律。结果表明:低刚度隔振器会增大齿轮激振力,但对系统固有频率影响较小;高刚度隔振器对齿轮啮合影响较小,但会对系统模态产生影响;减小隔振器刚度会增大箱体机脚振动。 4、系统地研究了齿轮系统振动功率流传递特性,结果表明:总体而言,齿轮振动经过轴、轴承、箱体、隔振系统传递到基础的过程中振动功率层层衰减,但在某些具体物理路径或自由度路径中可能存在反向功率流,即振动能量倒流的现象;齿轮副的振动以小齿轮为主,传递到轴、轴承和箱体轴承孔的振动以高速轴为主,但传递到隔振器和基础时高速轴侧的振动相对于其它地方并不突出。分析了各系统参数对基础振动的影响规律。结果表明:减小轴承刚度使得基础振动减小;增大箱体阻尼和隔振器阻尼使得基础振动的幅值减小;增大啮合阻尼会使基础振动的特定峰值减小;基础阻尼使得基础振动幅值减小,但在非共振区使得振动增大。 5、设计了机械功率封闭式人字齿轮振动噪声试验台。采用正交多项式拟合法对箱体和基座的自由模态进行了识别,并与仿真模型进行了对比;采用试验测量了基础导纳参数并计入阻抗模型;测量了箱体柔性安装时齿轮系统的振动噪声并与仿真模型进行了对比,证明了阻抗模型的合理性。 最后,对全文进行了总结,指出了研究的不足,并对后续研究工作进行了展望。  
二、攻读博士学位期间以第一作者发表与学位论文相关的学术论文:
[1]  Ren, Yafeng,Chang, Shan,Lim, Teik C.,Liu, Geng,Wu, Liyan。Impedance Synthesis Based Vibration Analysis of Geared Transmission   System。SHOCK AND VIBRATION,2017/2017/。EI;JCR分区;SCI(E);中科院分区,20172803936082;;;WOS:000404938100001  
[2]  Zhang Li,Yu Meiyun,Ren Yafeng,Luo Yanyan,Liu Jun。An Overview of the Thermal Calculation and the Cooling Technology for   Active Magnetic Bearing。5th Asia Conference on Mechanical and Materials Engineering (ACMME),2017/241/1。CPCI-S;EI,20174804471846;WOS:000417443700026  
[3]  刘岚,赵晨晴,贺朝霞,吴立言,任亚峰。齿轮箱全耦合系统动力学建模与箱体影响分析。哈尔滨工程大学学报,2018//03。        
[4]  Ren, Yafeng,Chang, Shan,Liu, Geng,Wu, Liyan。箱体柔性对齿轮传动系统动态特性的影响分析。振动与冲击,2017/36/14。EI,20174204281957  
[5]  Ren, Ya-Feng,Chang, Shan,Chang, Le-Hao,Liu, Geng,Zhao, Chen-Qing,Wu, Li-Yan。齿轮-箱体-基础耦合系统的振动分析。华南理工大学学报(自然科学版),2017/45/5。EI,20173804167157  
[6]  Ren, Yafeng,Chang, Shan,Wu, Liyan,Wang, Haiwei,Liu, Geng。Vibratory Power Flow Analysis of a Gear-Housing-Foundation Coupled   System。SHOCK AND VIBRATION,2018。JCR分区;SCI(E);中科院分区,;;WOS:000437955200001  
[7]  Zhang Li,Yu Meiyun,Ren Yafeng。Applied CATIA Secondary Development to Parametric Design of Active   Magnetic Bearing。3rd International Conference on Mechanics and Mechatronics Research   (ICMMR),2016/77/。CPCI-S;EI,20164502979581;WOS:000387753100034


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