转速与负载对减速器振动噪声的影响研究

    随着现代工业化程度的不断提高，振动噪声问题也越来越受到重视。工业设施的振动噪声不仅会引起噪声污染，还影响着设备的稳定性及操作舒适性。对于武器载体( 如舰船等) 振动噪声将直接影响到其隐蔽性及战斗力。

    齿轮系统具有效率高，结构紧凑，传动比稳定等优点，被广泛应用于各工业领域中。在传动过程中，由于不可避免的齿轮啮合刚度及误激励作用，使齿轮箱壳体会产生振动，成为传动系统的主要激励源，因此对减速器动态特性及振动噪声的准确预测显得尤为重要。国内外学者对此进行了大量的研究［1 －7］。Abbes等［1］采用声固耦合的方法对较为简单的轮箱结构在时变刚度激励作用下的声辐射做出了分析; Kato 等［2］采用 FEM/BEM 法对单级齿轮箱的振动和噪声辐射进行了分析，并与试验结果作出了对比，论证了 FEM/BEM 方法的有效性。Tuma［3］对减速器振动噪声的主要激励成分及预测方法作出了分析，并从轮齿几何形状及齿轮箱刚度等方面提出了减振降噪的方法。林腾蛟等［4］综合考虑齿轮系统中各项内部激励，对船用齿轮箱额定工况下动态特性进行了分析，Kostic'等［5］认为减速器噪声辐射不仅受齿轮啮合性能的影响，还与箱体的固有特性有一定关系，并通过实验对齿轮箱对减速器噪声辐射的影响作出了分析。Sellgren 等［6］采用有限元法对齿轮箱动响应做出分析，就分析模型中不同的轴承连接形式及其刚度对动响应的影响做出了分析，减速器振动噪声不仅受到齿轮啮合状态、连接结构及箱体结构刚度的影响，同时与工况条件也有密切的联系。有研究大多是在额定工况，对减速器振动噪声进行分析，并未整体考虑随工况变化的参数激励，还有齿轮箱固有特性。

    本文采用 FEM/BEM 方法对减速器振动噪声进行计算，并以瀑布图的方式对减速器在连续转速变化条件下的振动及噪声辐射进行描述，从全局角度就转速及负载对减速器振动噪声的影响做出了分析。

    1 齿轮箱激励计算

    减速器运转过程中，由于齿轮时变啮合刚度及误差激励的作用，使齿轮动态啮合力产生波动，从而引起系统振动。

    1. 1 分析模型

    分析模型如图 1( a) 所示，为单级直齿圆柱齿轮减速器，分析模型参数如表 1 所示。

    模型构建时，齿轮轮齿采用真实渐开线齿廓，如图 1( b) 对齿轮箱结构中存在的较小的倒角及细小特征进行了适当简化。

    1. 2 传动系统模型构建

    依据减速器力传动关系建立其动力学模型［7］，如图 2 所示，其中 p 为输入端齿轮，g 为输出端齿轮。由于传动轴两轴承间跨度较短，弯曲刚度较大，故不考虑其弯曲变形，因此可将轴承支撑刚度和阻尼用等效值kyp，kyg和 cyp，cyg来表示。系统共包含 4 个自由度: