船用齒輪箱動態(tài)激勵模擬及動力學(xué)性能優(yōu)化.pdf

1、船用齒輪箱作為船舶推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能好壞直接決定了船舶的運(yùn)行可靠性。隨著船舶裝備制造技術(shù)的進(jìn)步，船用齒輪箱正朝著高轉(zhuǎn)速、大功率、高精度、輕量化、低噪聲等方向發(fā)展，開展齒輪箱動態(tài)激勵模擬及動力學(xué)性能優(yōu)化研究，對船用齒輪箱減振降噪具有十分重要的理論意義和應(yīng)用前景。本研究依托于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，以船用齒輪箱為研究對象，進(jìn)行嚙合性能分析、動態(tài)激勵模擬、振動特性仿真、傳動系統(tǒng)離散優(yōu)化、模態(tài)-響應(yīng)聯(lián)合優(yōu)化。
　　本研究主要內(nèi)容包括

2、：①基于Romax軟件，綜合考慮軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形、軸承的彈性位移以及輪齒的制造和裝配誤差，建立船用齒輪箱傳動系統(tǒng)靜力學(xué)模型，分析了各齒輪副的載荷分布和軸承的支撐剛度，并對由齒輪時(shí)變嚙合剛度、傳動誤差和嚙合沖擊引起的內(nèi)部激勵以及由柴油機(jī)扭矩波動引起的外部激勵進(jìn)行了模擬。②在ANSYS軟件中，構(gòu)建了船用齒輪箱多體耦合動力有限元模型，采用分塊Lanczos法進(jìn)行模態(tài)分析，得出齒輪箱的固有頻率及振型；采用模態(tài)疊加法對齒輪系統(tǒng)進(jìn)行振動響應(yīng)分析，

3、得到了箱體表面各評價(jià)點(diǎn)的振動位移、振動速度和振動加速度。③借助ANSYS軟件，以避開系統(tǒng)特征頻率或減小振動加速度為優(yōu)化目標(biāo)，箱體和軸系尺寸參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，齒輪箱體積、箱體等效應(yīng)力和綜合位移為約束條件，建立了船用齒輪箱單目標(biāo)動力優(yōu)化有限元模型，運(yùn)用梯度法對各設(shè)計(jì)變量進(jìn)行靈敏度分析，采用先零階后一階的優(yōu)化方法分別對船用齒輪箱進(jìn)行模態(tài)和響應(yīng)優(yōu)化。④為實(shí)現(xiàn)模態(tài)和響應(yīng)最優(yōu)設(shè)計(jì)變量的一致性，以避開系統(tǒng)特征頻率和減小振動加速度為優(yōu)化目標(biāo)，基于多目標(biāo)優(yōu)

4、化理論，將振動模態(tài)和動態(tài)響應(yīng)兩個子目標(biāo)函數(shù)線性加權(quán)組合成單目標(biāo)函數(shù)，建立了船用齒輪箱模態(tài)-響應(yīng)聯(lián)合優(yōu)化有限元模型，通過靈敏度分析確定優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，進(jìn)而對齒輪箱進(jìn)行動力學(xué)性能優(yōu)化。⑤基于集中參數(shù)法建立了齒輪箱傳動系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)動力學(xué)模型，采用諧波平衡法求解系統(tǒng)動力學(xué)微分方程，得到傳動系統(tǒng)各構(gòu)件振動響應(yīng)解析解，進(jìn)而構(gòu)造包含所有構(gòu)件質(zhì)量和振動加速度的目標(biāo)函數(shù)，以齒數(shù)、模數(shù)及螺旋角等為設(shè)計(jì)變量，輪齒強(qiáng)度、傳動比、重合度等為約束條件，建立傳動系統(tǒng)動力