升降齒輪箱多級行星傳動耦合振動分析及動態(tài)性能優(yōu)化.pdf

1、升降齒輪箱作為自升式海洋鉆井平臺提升裝置中的重要組成部分，其機械性能及動力學(xué)特性備受關(guān)注。由于海上工作條件十分惡劣，且鉆井平臺通常需數(shù)十臺升降齒輪箱同步作業(yè)，加之齒輪箱安裝于細(xì)長柔性的樁腿上，在多源激勵作用下，各級行星齒輪傳動件間存在復(fù)雜的耦合效應(yīng)，易引發(fā)劇烈振動。因此，開展升降齒輪箱耦合振動分析及動態(tài)性能優(yōu)化，對提高齒輪箱綜合性能具有重要的理論意義和工程價值。
　　本文針對海洋平臺四級行星傳動升降齒輪箱，開展多級行星均載特性研究

2、、耦合系統(tǒng)振動響應(yīng)分析、振動噪聲有限元仿真和耦合系統(tǒng)動態(tài)性能優(yōu)化。論文的主要研究工作如下：
　?、倮肦omax軟件計算軸承支承剛度和齒輪副嚙合剛度，建立了考慮時變嚙合剛度、傳動誤差和齒側(cè)間隙等因素的升降齒輪箱四級行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型，采用龍格庫塔法求解動力學(xué)方程，得到齒輪副的振動位移和動態(tài)嚙合力，進而計算行星輪系的均載系數(shù)，研究了構(gòu)件偏心誤差對四級行星輪系動態(tài)嚙合力和均載特性的影響。
　　②建立了包含時變嚙合剛度、傳

3、動誤差、嚙合阻尼、齒側(cè)間隙、摩擦力矩、結(jié)合部剛度和阻尼等因素的四級行星耦合系統(tǒng)集中參數(shù)模型，采用龍格庫塔法計算了考慮與不考慮齒側(cè)間隙和摩擦力矩兩種非線性因素時各構(gòu)件的振動響應(yīng)，并與實測結(jié)果進行對比，得出考慮非線性因素時計算結(jié)果更接近實測值。
　?、墼贏NSYS中建立了耦合四級行星輪系、軸承和箱體的升降齒輪箱有限元模型，分析了齒輪箱的固有振動模態(tài)；將計算所得修形前后齒輪副內(nèi)部動態(tài)激勵施加于有限元模型中，利用模態(tài)疊加法求解輪齒修形前后

4、齒輪箱的振動響應(yīng)，而后采用聲學(xué)邊界元法對齒輪箱進行輻射噪聲預(yù)估，振動噪聲仿真結(jié)果與實測結(jié)果規(guī)律一致，驗證了仿真的正確性。
　?、茉谏谍X輪箱耦合系統(tǒng)集中參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，提出基于諧波平衡法的多級行星齒輪耦合系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化方法，以齒輪箱殼體尺寸參數(shù)和齒輪副基本參數(shù)為設(shè)計變量，建立了以振動加速度均方根值和總體質(zhì)量最小為目標(biāo)的混合離散優(yōu)化模型，基于分枝定界算法編寫程序求得最優(yōu)設(shè)計變量；與單獨將傳動系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)作為設(shè)計變量相比，耦合系