《高速重載齒輪系統非線性耦合噪聲預估與動力最佳化》是依託重慶大學，由林騰蛟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高速重載齒輪系統非線性耦合噪聲預估與動力最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林騰蛟
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對航空、航海、電力、運輸、冶金等高速重載齒輪裝置迫切需要解決的減振降噪綜合技術難題，在集成申請者近年來在非線性振動分析已有成果的基礎上，開展齒輪系統非線性耦合噪聲預估與動力最佳化方法研究。通過高速重載齒輪裝置結構噪聲及輻射噪聲產生機理分析，結合多體接觸力學、機械動力學、聲學理論以及動態仿真和試驗技術，並綜合考慮載荷、轉速等工況條件及時變剛度、嚙合衝擊、齒面誤差、齒側間隙、齒面摩擦及軸承游隙等內部激勵，建立包括齒輪、軸、軸承、箱體等的齒輪系統非線性聲-結構耦合分析模型，進行有限元和邊界元耦合分析，實現非線性結構噪聲及輻射噪聲預估；進而建立齒輪系統模態參數與動態回響聯合最佳化的數學模型，綜合零階最佳化和一階最佳化技術搜尋最優目標及設計參數。提出基於動力最佳化的大扭矩、高轉速、低噪聲、輕量化齒輪系統設計理論與方法，突破高速重載齒輪系統動態設計的關鍵技術，實現齒輪裝置減振降噪的目的。
結題摘要
齒輪傳動是機械系統中套用最為廣泛的動力和運動傳遞形式，很大程度上決定著裝備系統的性能。隨著科學技術的進步，齒輪傳動正朝著大功率、高轉速、輕量化方向發展，特別是高速重載齒輪系統，由於激勵源多、激振頻率高、嚙合衝擊大，振動噪聲問題已成為制約系統動力學性能的瓶頸問題。本項目針對高速重載齒輪裝置迫切需要解決的減振降噪技術難題，圍繞多源激勵下齒輪系統振動噪聲傳遞機理與動態使役行為演化規律這一關鍵科學問題，開展齒輪系統非線性耦合噪聲預估與動力最佳化方法研究，包括耦合非線性結構噪聲仿真方法，輻射噪聲預估及靈敏度分析，動力最佳化數學模型和計算方法，振動噪聲試驗及動力學模型修正。項目的主要研究進展及結果如下：(1) 綜合考慮輪齒時變剛度、傳動誤差、齒側間隙、齒面摩擦、軸承支撐等因素，建立了傳動系統耦合非線性動力學模型，求得轉速、負載、側隙、誤差、剛度等非線性因素對系統回響的影響規律；結合模態試驗與參數識別，建立了包括齒輪、軸、軸承、箱體的齒輪系統有限元分析模型，實現了結構噪聲的準確預估，分析了齒輪修形、結構阻尼、支撐剛度等對系統結構噪聲的影響。(2) 以振動加速度為目標函式，建立傳動系統混合離散最佳化模型，利用分支定界算法求得最優齒數、模數、螺旋角等設計變數。以振動模態和動態回響為目標函式，建立了齒輪箱模態-回響聯合最佳化模型，通過靈敏度分析確定箱體最佳化設計變數，採用零階和一階最佳化方法進行聯合最佳化，最佳化後齒輪箱頻率接近率減小了8%，振動水平降低了21%。(3) 綜合考慮齒輪箱內、外部動態激勵，建立齒輪系統剛柔耦合動力學模型，採用變步長向後差分法計算軸承支反力；以此為邊界條件，建立了包含結構格線、聲學格線、場點格線的齒輪箱聲振耦合分析模型，基於有限元和邊界元法求得箱體表面聲壓和輻射噪聲，與試驗結果對比兩者吻合良好。(4) 以箱體壁厚為結構參量，場點聲壓為聲學參量，求解箱體特徵值靈敏度和聲傳遞向量，構建齒輪箱聲-結構靈敏度分析模型，求得箱體振動速度和場點聲壓對結構參量的靈敏度；以箱體壁厚為設計變數，場點聲壓為目標函式，建立齒輪箱多點多頻聲學最佳化模型，採用正態邊界交匯多目標最佳化算法求得最優箱體結構。本項目形成的齒輪系統非線性耦合噪聲預估與動力最佳化方法，對提高低噪聲、輕量化齒輪系統設計水平，具有重要的理論意義和工程套用價值。
