齿轮的啮合刚度在振动模型的应用
对于所建立的简单模型方程可直接求特征值、特征向量,即求出各阶主振型和固有频率。也可用矩阵三角分解的方法把广义特征值问题化为标准特征值问题,求出各阶固有频率和振型向量。对于多自由度系统,利用瑞利商的极值原理,可以容易求出低频特征值和特征向量,但瑞利商法给出的基频偏大,能给出一偏小的近似基频值。矩阵迭代法是先假定特征向量然后求特征值的解法,对普通特征值问题,适当选取初始向量,博山清水泵进行迭代,后得到特征值。此外还有传递矩阵法,将一个复杂的或连续的系统划分成有限个环节或单元段,然后利用传递矩阵求得系统各阶固有频率和特征向量。实际工程结构,都是连续分布弹性体,只有一些结构简单的弹性体可用解析法求解,对于齿轮箱这样的复杂弹性体用有限差分法、有限元法等数值方法求解。
求分析模型中的各个参数时,经常不得不采用有限元计算方法。在建立齿轮系统的分析模型时,各部分的耦合作用是分别考虑的,这是一种将一个系统人为地划分成若干部件,并建立其动力学模型称之为动态子结构的方法。在求出各个参数,解算了所建立的齿轮系统的各个模型后,还要考虑确定各子结构的界面及其间的连接(协调)条件,后分析计算整个齿轮箱的振动特性。前面我们所建立的分析模型,还未考虑轴承及箱体的子结构分析模型,舰用齿轮箱一般采用滑动轴承,滑动轴承的基本组成为轴瓦与轴承座,通过动压支承齿轮轴,其轴瓦和轴承座可与箱体一同考虑,轴颈与轴瓦间的连接可加一合适刚度的弹性元件及阻尼元件。对于齿轮箱体的分析模型,只能采用有限元法来建立。
考虑到建立模型时,各种简化计算模型中的各个参数所带来的误差问题,对于大型复杂结构各种误差综合起来的累积误差将难于控制,各部分的耦合也不易实现,为此就提出了:能否全面用有限元方法进行分析求解呢答案是肯定的。关键是要解决有限元建模中的有关问题。这些问题包括对于齿轮轮齿啮合刚度的处理问题、螺栓联接结构的有限元仿真问题、复杂齿轮的实体造型问题、人字齿轮的有限元造型问题、有限元造型中各种单元的合理应用及解算中的问题等等。
由于齿轮的啮合刚度是变化的,在分析模型中假定齿轮在啮合处是弹性连接,另还要考虑接触阻尼问题。根据有关研究,从结果来看齿轮的啮合刚度对整个系统的固有振动模态影响很小,但对于激励力的大小有很大的影响。对计算整个转子系统的动力特性而言,没有必要深入、细致地探求啮合过程中啮合刚度值的变化,这对于简化求解系统的模态带来了极大的方便。
因此,在建立齿轮系统的分析模型时,是分别考虑各部分的耦合作用的,这是一种将一个系统人为地划分成若干部件,并建立其动力学模型称之为动态子结构的方法。在求出各个参数,解算了所建立的齿轮系统的各个模型后,还要考虑确定各子结构的界面及其间的连接(协调)条件,后分析计算整个齿轮箱的振动特性。前面我们所建立的分析模型,还未考虑轴承及箱体的子结构分析模型。舰用齿轮箱一般采用滑动轴承,滑动轴承的基本组成为轴瓦与轴承座,通过动压支承齿轮轴,其轴瓦和轴承座可与箱体一同考虑,轴颈与轴瓦间的连接可加一合适刚度的弹性元件及阻尼元件。对于齿轮箱体的分析模型的求解,只能通过有限元法。而齿轮固有振动特性的确定更是离不开有限元方法,因此齿轮箱的振动特性的求解除了试验方法之外,有限元法应作为基本方法。