齿轮箱振动和噪声实验研究

　　随着现代信息技术和动态测试技术的不断进步,实验模态分析技术发展很快,应用这种方法可以进行结构的动态模态参数识别,得到精度相当高的模态参数,通过修改和精化理论模型,即可对所研究的系统作动力响应计算或分析其动力稳定性。为此我们对齿轮箱的固有特性进行动态测试,通过曲线拟合进行动态参数识别,然后在齿轮箱的精细三维动力分析有限元模型上进行理论模态分析和动力响应计算,同时还直接测定了齿轮箱体表面的动态响应。

　　齿轮箱的噪声实验过去广泛采用声压法。主要是因为声压级的测量比较简单,但是声压级的大小常常受环境和距离的影响。为此各国又规定了齿轮装置声功率测量方法,测出声功率后可以换算成一定声学环境中一定距离的声压级。声强是反应噪声特性的一个重要物理量,以往由于声强测量比较困难,其应用受到限制,但是和声压测量相比,声强法具有不受测量环境限制、可以在机器运行时进行现场测量等优点,因而广泛应用于辐射声功率测量、声强分布和声源识别等领域,本文即采用声强法研究了齿轮箱体的辐射声场,测试了箱体辐射的声功率,验证了Rayleigh积分法作噪声预估的正确性。

　　1　齿轮箱固有特性测试

　　应用实验模态分析方法获得的结构固有频率可靠性较高,尤其是低阶频率段主模态参数较为可靠。由于受测试时不可避免的高频干扰,高阶模态参数往往精度较低。齿轮箱固有特性测试如图1所示,测试的主要过程如下:首先用脉冲锤R&K8200给齿轮箱表面结构施加脉冲激励,与此同时在脉冲锤上用力传感器B&K8202采集其力信号。又用加速度传感器B&K8374加速度计采集齿轮箱体的振动响应信号,接着将传感器输出的力信号或加速度信号经电荷放大器B&K2625放大后输入磁带记录仪TEAC-MR30,同时记录下两个通道的信号。此时还同时用频谱分析仪CF-355在线观察信号情况。测量完毕后,把磁带上的信号回放至频谱分析仪CF-355,经前处理后再进行快速傅里叶变换(FFT),得到系统的传递函数。通过对齿轮箱结构的主要测点上振动信号的多次测量,将各传递函数进行曲线拟合和参数识别即可得到齿轮箱振动模态参数。

　　图2为箱体横向振动的时间历程、频响函数、幅值-相干谱及幅值-相位谱图。同时也得到了箱体轴向、纵向振动的相应曲线。根据这些结果,用多自由度拟合法识别出齿轮箱体前10阶固有频率,见表1。该表同时给出了有限元模态分析的计算结果,两者基本吻合。

　　2　齿轮箱体表面振动测试

　　测试系统如图3所示,振动信号由加速度传感器获得后,经电荷放大器放大,由磁带记录仪记录,同时用双通道FFT分析仪CF-355在线观测。测试完毕再将磁带上的记录信号,重放至CF-355分析仪中,即可得各测点的加速度、速度和位移的时间响应历程和加速度频谱图,并可求得响应均方根值。