齿轮箱噪音辐射仿真方法对比

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基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析

Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ａｃｏｄｎｏｈｓｒｃｕｒａｄｎｔｌａｉｎｏａｇｖｒｉａｐａｅａｙｒｎｍｉｓｏｇａｂｘ，ａｆｎｔｃｒｉｇｔｔｅｔｕｔｅｎｉｓａｌｔｏｆｌｒｅｅｔｃｌｌｎｔｒｔａｓｓｉｎｅｒｏｉｅｉ
ａｃａｙｏｈｈｏｅｉａａｃａｉｎ．ｃｕｒｃｆｔｅｔｅｒｔｃｌｃｌｕｌｔｏ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ＦＥＭ；ＢＥＭ；ｇａｏｅｒｂｘ；ｍｏａｎｌｓｓ；ａｏｓｉｄｌａａｙｉｃｕｔｃ
行星齿轮传动具有较大传动比、高效率且结构较紧凑，能实现分路、向传动，换具有减速、增速、运动合成与分解等用途，用于航空、船、车和其他机械适舰汽
振第３卷第４期１
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ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＯＮＡＮＤＨＯＣＩＳＫ
基于ＦＭ和ＢＭ法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析ＥＥ
焦映厚，孔霞，蔡云龙，张介禄，周亚政
１００；．５０１２江苏泰隆减速机股份有限公司，兴泰２５０）２４０
ｕｂｌｎｅｒｓｏｓｓｈｅｕｔｏｓｉｇａｄｔｅｒｔａａｃｌｔｎａｅｃｎｉｔｎ．ｗｉｈｉｄｃｔｓｔｅｒｔｎｌｙａｄｎａａｃｅｐｎｅ．Ｔｅｒｓｌｆｅｔｎｈｏｅｉｌｃｌｕａｉｒｏｓｓｔｈｃｎｉａｅｈａｉａｉｎｓｔｎｃｏｅｏｔ

齿轮传动加速度噪声辐射机理研究

radΠ s ,齿轮精度等级为 9 — 9— 8 , 齿轮宽度 b = 0. 025 m ,柱面半径 R = 0. 45 m 。

在此用式 ( 6) 中的 V F 代替 u0 e 得 Φ( r ,φ , t ) = ur = -
π cos φ Vs (2) t H1 ( kr) 1 - cos (2) ts ( ) 2 kH′ ka 1
Abstract Both impact force and impact acceleration coming from the machining error and elastic deformation of gear transmission system have been analyzed by the theory of gear dynamics. Using the acoustical theory , the acoustical characteristic parameters , i. e. the sound pressure and sound power et al , generated at being in gears have been computed. Therefore , the gear acceleration noise can be computed quantitately. This is of great importance to noise2reducing and noise control of gear system. Key words gear transmission , acceleration noise , sound radiation characteristic
邵忍平ΞΞ 沈允文孙进才 ( 西北工业大学机械工程系 ,西安 710072) SHAO Renping SHEN Yunwen SUN J incai ( Department of Mechanical Engineering , Northwestern Polytechnical University , Xi′ an 710072 , China)

轨道交通齿轮箱的动态特性仿真与优化

轨道交通齿轮箱的动态特性仿真与优化引言随着城市人口的增长和城市发展的需求，轨道交通系统在现代城市中扮演着重要角色。

作为重要的传动装置，轨道交通齿轮箱的性能和可靠性对整个轨道交通系统的安全运行至关重要。

本文将重点探讨轨道交通齿轮箱的动态特性仿真与优化方法，并阐述其在提高轨道交通系统运行效率和可靠性中的重要应用。

一、轨道交通齿轮箱的动态特性分析1. 动力学建模轨道交通齿轮箱的动态特性分析首先需要进行动力学建模。

通过建立齿轮箱的传动系数、齿轮的参数以及输入信号等方面的数学模型，可以实现齿轮箱的动态响应评估。

2. 振动与噪声分析轨道交通齿轮箱在运行过程中会产生振动和噪声。

振动与噪声分析是评估齿轮箱性能的重要指标之一。

通过仿真模拟和实际测量，可以对齿轮箱的振动响应和噪声产生机理进行分析，并寻找相应的优化方法。

3. 疲劳寿命评估齿轮是齿轮箱中承受最大载荷和压力的部件之一，因此其疲劳寿命评估对于轨道交通齿轮箱的可靠性至关重要。

通过建立齿轮的应力分析模型和疲劳寿命预测模型，可以对齿轮的寿命进行评估和优化设计。

二、轨道交通齿轮箱的动态特性仿真方法1. 有限元分析有限元分析是一种常用的轨道交通齿轮箱动态仿真方法。

通过建立齿轮箱的有限元模型，可以对其在不同载荷和工况下的动态响应进行分析。

有限元分析可以提供齿轮和齿轮箱的应力、变形和位移等信息，为优化设计和故障诊断提供重要参考。

2. 多体动力学仿真多体动力学仿真方法可以考虑更多系统的耦合效应，对轨道交通齿轮箱的动态特性进行综合考虑。

基于多体动力学仿真，可以分析齿轮箱在不同工况下的运动特性，如振动、扭矩传递等，并通过优化设计提高其运行效率和可靠性。

3. 振动信号处理与分析振动信号处理与分析可以帮助识别轨道交通齿轮箱的故障特征。

通过采集和处理齿轮箱的振动信号，可以提取有关齿轮和轴承的故障信息，并通过频谱分析、小波变换等方法进行故障诊断和预测。

三、轨道交通齿轮箱的优化方法1. 材料和加工优化选择合适的材料和加工工艺对于提高齿轮箱的性能至关重要。

带式输送机齿轮箱的振动噪声与对策

带式输送机齿轮箱的振动噪声与对策
带式输送机齿轮箱的振动噪声对产品质量和工作环境都有很大的影响。

需要对振动噪声进行分析并采取相应的对策。

要对带式输送机齿轮箱的振动噪声进行定量分析。

可以通过使用专业测试设备，如加速度计和声级计，对齿轮箱进行振动和噪声测试。

测试的结果可以用来判断振动和噪声的频率和强度。

针对振动噪声的对策主要有以下几个方面：
1. 选择合适的齿轮材料和设计。

齿轮箱的齿轮材料和设计直接影响振动和噪声的产生。

应选择材料强度高、精度好的齿轮，并通过合理的设计减少齿轮传动中的振动。

2. 优化齿轮箱结构。

在齿轮箱的设计中，要充分考虑结构的坚固性和刚度，减少共振现象的发生，避免振动和噪声的产生和传播。

3. 加强齿轮箱的润滑和冷却。

齿轮箱在工作过程中会因为润滑不良而产生噪声和振动，因此要确保齿轮箱的润滑和冷却系统的正常运行，采用合适的润滑材料和冷却方式。

4. 加强齿轮箱的精密装配和检修。

齿轮箱的装配质量和工艺对振动和噪声有很大影响。

在装配过程中，要加强对齿轮箱各部件的准确定位和调整，确保每个零件的精密配合。

5. 定期进行齿轮箱的维护和检修。

定期对齿轮箱进行维护和检修，及时发现和处理齿轮箱中的故障和问题，防止故障扩大和进一步影响振动和噪声的产生。

通过以上对策的实施，可以有效减少带式输送机齿轮箱的振动噪声，提高产品的质量和工作环境的舒适性。

还需要加强后期的监测和改进，保持齿轮箱的良好状态。

某型齿轮箱传动系统的噪声与振动分析

某型齿轮箱传动系统的噪声与振动分析随着科技的进步和人们对质量要求的提高，噪声和振动问题已经成为工业界面临的一个重要挑战。

对于某型齿轮箱传动系统来说，噪声和振动不仅会对设备的正常运行产生负面影响，还会对操作人员的健康和环境造成潜在风险。

因此，对齿轮箱传动系统的噪声与振动特性进行深入分析和优化是十分必要的。

首先，要了解齿轮箱传动系统中噪声和振动的产生机制。

齿轮箱主要由齿轮、轴、轴承等组成，当这些部件在工作过程中发生相对运动时，就会产生振动。

而由于材料、摩擦、结构等因素的限制，这种振动会以声波的形式传播出来，产生噪声。

齿轮、轴、轴承等部件的质量、结构、加工精度等都会对振动和噪声产生影响，因此，在设计和制造过程中应该注重提高部件的质量和加工精度，减少不必要的振动和噪声。

其次，齿轮箱传动系统噪声和振动的分析方法主要由试验和数值模拟两部分组成。

试验方法通常使用振动传感器和声学传感器来测量实际工作状态下的振动和噪声数据。

通过对实测数据的分析，可以了解不同工况下齿轮箱振动和噪声的变化规律，找出可能存在的问题和改进措施。

数值模拟方法则通过建立齿轮、轴、轴承等部件的有限元模型，并结合运动学和动力学分析方法，计算出齿轮箱在不同工况下的振动和噪声情况。

通过数值模拟可以在设计阶段就预测和评估齿轮箱的性能，提前采取相应的改进措施。

齿轮箱传动系统的噪声和振动问题涉及到多个方面的因素。

首先，振动和噪声的源头主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、轴向不稳定等。

齿轮啮合时会产生周期性的振动和噪声，当齿轮啮合配合不良或齿轮质量不合格时，啮合过程中会产生不规则的振动和噪声。

轴承摩擦和轴向不稳定则会导致齿轮箱产生高频振动和噪声。

其次，传动系统的结构和材料也会对振动和噪声产生影响。

合理设计传动系统的结构和加强件的连结，选择合适的材料和表面处理方法，可以有效地减少振动和噪声的产生。

再次，传动系统的工作工况也会对噪声和振动产生不同程度的影响。

根据传动系统的工况，合理调整传动比、转速和负载等参数，可以减少振动和噪声的幅度和频率。

P Z公司选用LMS声学仿真软件减小CVT齿轮箱的噪声辐射

P＋Z公司选用LMS声学仿真软件减小CVT齿轮箱的噪声辐射作者：LMS近年来，无级变速（CTV）已经获得了巨大的技术进步，以更低的油耗和更好的性能提供了方便。

然而，无档变速的宽带噪声激励也形成了特殊的声学工程挑战。

在为领先汽车厂商开发咨询项目的过程中，P＋Z公司有效地优化了新型CVT设计方案的声学性能，无需增加额外的重量或提高产品成本。

成功的秘诀在于P＋Z公司开发的专门的虚拟仿真流程，在开发过程早期准确地限定设计的声学性能。

LMS SYSNOISE，流程中关键的一部分，支持P＋Z部门以空前的速度、准确率和灵活性来进行声学辐射仿真。

处理宽带声学激励今年来，P＋Z公司，作为领先的德国工程咨询公司，致力于领先汽车厂商的各种CVT开发项目。

这些项目中，P＋Z公司主要关注优化新型CVT设计方案的声学性能，这与常规的齿轮箱相比，通常会面临不同的声学挑战。

尽管带有成组齿轮的手动或自动齿轮箱主要在固定频率范围内产生噪声峰值，但是无档变速齿轮箱通常在宽带频谱范围内产生振动。

在慕尼黑的P＋Z公司CAE齿轮箱项目经理Gisela Quintenz评价到：“为避免使用阻尼材料，造成更高的产品成本，减少热传导，我们建立了专门的声学仿真流程，从早期概念阶段就开始有效地应用。

早期设计阶段进行的声学仿真可以让我们在实现整体齿轮箱设计修改，如调整轴承位置或修改CVT箱体设计的过程中，确定并消除主要声学问题的根源。

”虚拟仿真流程开始于创建CVT装置的结构有限元模型。

除了箱体以外，P＋Z工程师仔细地模拟所有内部部件，包括涨缝滑轮、链条、轴和轴承。

如果可能，发动机的结构也可以模拟。

这点上，正确定义其初始重量、重心和凸缘设计是非常重要的。

完成模型后，P＋Z 工程师进行初始动力学分析，找出装配模型的固有频率特征。

为了进行随后的工况振动计算，他们从最临界的工况条件开始。

相关的轴承激励可以从试验台上的样机测量中引入，或者从多体仿真中引入。

P＋Z工程师选用频率阶跃大小为1或者10Hz，在频率为0-4KHz 的范围内进行频响分析，这样通常导致工况振动过剩。

齿轮啸叫噪声仿真

齿轮啸叫噪声仿真概述齿轮啸叫是很多机械设备的主要噪声源之一，严重影响产品的声学品质。

对齿轮进行微观修形是减小齿轮啸叫噪声的主要方法。

设计工作者要确定哪个修形位置和哪种修形方式能将啸叫噪声降到许可范围内，这是一项艰巨的任务。

现阶段，设计人员更多地依赖振动噪声试验方法来处理这个问题。

需要投入大量的人力和物力，经过多次试验才可能达到设计要求，而且不同型号的产品之间没有太多可以相互借鉴的经验。

如果能够对确定的设计方案进行啸叫噪声仿真会省去很多不必要的试验工作。

仿真方案简介MSC公司同时具有结构有限元软件MSC Nastran，多体动力学软件Adams，声学软件Actran。

在Adams环境下进行三个产品的联合仿真，无需手动创建声学模型就可得出确定的设计方案下齿轮啸叫噪声的具体数值。

联合仿真流程见图1。

图1 啸叫噪声仿真流程此方案不需要转换结果文件格式，也不需要声学仿真的复杂建模，直接在Adams中完成振动噪声的计算，具有简单高效和易学易用的特点。

仿真案例某制冷设备主要组成部分包括齿轮系统和制冷机，其中机罩是薄壳结构。

齿轮的接触、碰撞带动机罩的振动，进而产生噪声。

机罩振动产生的噪声远大于齿轮接触产生的噪声，因此只需仿真机罩振动产生的噪声。

制冷设备结构组成如图2所示。

图2 制冷设备结构组成仿真统一采用Adams界面环境。

先通过MSC Nastran将机罩转化成柔性体，然后对刚柔耦合模型进行多体仿真，得出机罩的振动结果，最后直接在Adams 界面通过Actran声学插件创建声学仿真模型并提交仿真得到声学结果。

声学仿真建模时可以在关心位置预设麦克风，仿真后能够得到这些具体位置的声学结果。

本次仿真设置了两处麦克风，分别在机罩的右前方和正前方。

创建的声学模型和预设的麦克风如图3所示，其中红色圆点代表右前方的8#麦克风和正前方的20#麦克风。

图3 声学模型和预设麦克风位置仿真后得到这两处的总声压级随时间变化曲线，具体如图4和图5所示。

齿轮泵声辐射性能仿真分析与结构优化

Ａｂｔａｔ：Ｔｅｆｉｌｍｅｔｍｏｅｆｓｒｃｕｅｏｅｒｐｍｐｉｓａｌｈｄｗｉｏｔｒｐｒｓ，ａｄｔｅｓｒｃｈｎｔｃｅｎｄｌｏｔｔｒｆａｇａｕｓｅｔｂｉｅｔｓｆｉｅｕｓｈｗａｅＨｙｅｍｅｈｎｈｉｈｒｎｉｒｔｎｍｏｅｒｘｒｃｅ．ｓｎｏｗａｅＬＳＶｉｕ１ＬａｈｒｑｅｃｅｐｎｅａｄａｃｌｒｔｏｓａｌｎｅｅｔｂａｉｄｓａｅｅｔｔｄＢｙｕｉｇｓｆｒＭ．ｒａ．ｂｔｅｆｅｕｎｙｒｓｏｓｎｃｅｅａｉｎｔｌｖｏａｔｔａ
ＺＨＵｉｎｓｎ，ＣＨＥＮＪａ，ＧＵＯＹｎ－ｕＪａｇ－ｅｉｎａｒ
（ＩｓｉｔｆＳｕｄａｄＶｉｒｔｎＲｅｅｒｈｎｔｕｅｏｏｎｎｂａｉｓａｃ，ＨｅｅｉｅｓｙｏＴｃｎｌｇ，Ｈｅｅ２００，Ｃｉａ）ｔｏｆｉＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙｔｆｉ３０９ｈｎ
ｈｓｂｅｓｄｔｎｕｃｕｔｃｒｓｏｓｓａｔｎａｄｆｌｏｎｓＲｅｕｔｓｏｔａｏｎａｉｔｎｃａａｔｒｓｉｓｏｅａｅｎｕｅｆｄｏｔｏｓｉｅｐｎｅｔｓｄｒｅｄｐｉｔ．ｓｌｈｗｔｕｄｒｄａｉｈｒｃｅｉｔｆｈｏｉａａｉｓｈｓｏｃｔｇａｕｏｒｌｔｔｔｍｏａｈｐｓＦｒｅｕｉｇｎｉｅｒｄａｅｙｔｅｇａｕｄｆａｉｎｐｏｒｍｆｈｅｒｅｒｍｐｃｒｅａｅｗｉｉｄｌａｅ．ｏｄｃｎｏｓａｉｔｄｂｅｒｐｍｐａｍｏｉｃｔｒｇａｏｅｇａｐｈｓｓｒｈｉｏｔｐｍｐ’ ｔｃｒａｅｎｐｏｏｅ．ｕＳｓｒｔｅｈｓｅｒｐｓｄｕｕｂ

齿轮箱专用振动信号分析方法

齿轮箱专用振动信号分析方法齿轮箱振动信号的特点是频率成分复杂，存在大量的调制现象，并且齿轮箱（特别是行星齿轮箱）内部的故障信号传递路径长，冲击脉冲比较弱，易受其他信号干扰，被幅值大的转动轴振动信号掩盖，基本的频谱分析有时效果不理想，需要根据结构特点，采用一些专用的分析方法一、多轴系阶比跟踪技术计算阶比跟踪技术（Computed Order Tracking）对齿轮箱分析非常适用，特别是变速齿轮箱的低速轴分析，由于转速低，测量5-10个转动周期需要耗时很长，加上转速变动，如果不做阶比跟踪采集，得到的振动信号直接做FFT，频谱存在非常严重的“模糊”现象（谱线相互重叠，不清晰，不便于故障识别和分析）。

图1：阶比跟踪采样图2：普通频谱分析图3：计算阶比跟踪分析图4：计算阶比跟踪分析局部放大（啮合频率和边带明显）齿轮箱类设备因为有多个齿轮轴，采用多轴系阶比跟踪分析，很多时候分析结果非常直观，直接从不同转轴的阶比跟踪采样波形就能得到故障信息。

图5：中间轴故障图6：输出轴故障二、齿轮箱振动分析Circular图技术下面三张图分别是一个齿轮箱输入轴（高速）、中间轴、输出轴（低速）的Circular图，三个轴的转速比是1:3:5。

可以直观的看到输出轴存在故障。

图7：输入轴振动Circular图图8：中间轴振动Circular图图9：输出轴振动Circular图下图是一个行星齿轮箱的齿圈故障时的振动Circular图。

该行星齿轮箱有三个行星轮。

图10：齿圈有1个断齿时的Circular图三、阶比包络谱技术包络分析对于齿轮箱及其内部的滚动轴承故障分析和故障定位非常有效，包络分析可以有效提取齿轮箱、轴承部件存在缺陷时的高频冲击脉冲信号，但是如果齿轮箱转速不稳定，存在转速变动，这种冲击信号的周期也是随转速变动的，直接进行包络分析效果不好。

采用阶比包络分析技术可以消除转速波动的影响，得到非常清晰的诊断图谱。

图11：频谱分析图12：普通包络分析图13：阶比包络分析四、阶比边带能量比技术齿轮箱振动信号频谱最基本的特征是啮合频率和转轴边带信号。

齿轮箱专用振动信号分析方法

可以直观的看到输出轴存在故障。

图7：输入轴振动Circular图图8：中间轴振动Circular图图9：输出轴振动Circular图下图是一个行星齿轮箱的齿圈故障时的振动Circular图。

该行星齿轮箱有三个行星轮。

采用阶比包络分析技术可以消除转速波动的影响，得到非常清晰的诊断图谱。

图11：频谱分析图12：普通包络分析图13：阶比包络分析四、阶比边带能量比技术齿轮箱振动信号频谱最基本的特征是啮合频率和转轴边带信号。

齿轮箱振动信号降噪及特征提取方法研究

[( ) ] t
σ( t)
+j πt
uk( t)
e －jωkt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
}}2
2
s．t． ∑uk = f
k
( 1)
上式的{ uk} = { u1，…，uk} 是分解形成的 k 个 IMF 分量; { ωk} = { ω1，…，ωk} 表示不同分量的频率中心。
计算约束变分最优解时需引入下述增广
齿轮箱振动信号降噪及特征提取方法研究
卢昌仁
( 中铁十八局集团有限公司，天津 300000)
摘要: 以峭度值来构建适应度函数，再利用粒子群自适应优化方法得到最大峭度对应的分解层数。对仿真信号降
噪情况进行分析可知，本文算法可以更加高效提取得到微弱特征频率，从而完成齿轮箱故障有效判别。通过信号处
理测试可知，本文方法可以有效抑制齿轮箱振动产生的强背景噪声，使频率混叠得到充分消除，从而更加准确提取
Dragomiretskiy 等在 2014 年首次设计一种变分模态分解( VMD) 方法［3］，可以实现信号的自适应处
·60·
理，其特点是以非递归的形式来达到自适应信号处理的过程。计算本征模态分量( IMF) 时利用迭代搜寻方法获得模型的最优解并在此基础上求解出所有分量的宽度及其频率中心，之后以自适应方式剖分信号频域并分离各个分量［4］，能够显著提高对脉冲干扰的抑制作用［8－10］。
通过交替方向乘子法实现上述参数的更新，同
时计算出增广 Lagrange 表达式鞍点，包含以下各步
骤:
1) { ω1k } 、{ u^1k } 、λ^1、n 的初始化; 2) 循环过程: n = n + 1;

噪声检测技术在齿轮箱故障诊断中的应用

噪声检测技术在齿轮箱故障诊断中的应用李　蕊1,陈建平1,周继年2(11天津科技大学机械工程学院,天津300222;天津市化工设备厂,天津300222)摘要:在阐述现在工业中采用各种各样故障检测方法的基础上,提出了新的监测方法。

针对工业现场背景噪声强、波动大,且检测时间受生产节拍限制,采用单片机控制的报警预警系统,对齿轮箱进行实时监测,在靠近齿轮箱的外壳处安装声压传感器,实现在减速箱发生异常时,预设程序控制发出报警或停机,提醒操作人员进行停机处理,从而预防事故的发生。

生产实践证明,监测方法简单易行同时大大提高故障监测和预报警的可靠性,具有良好的推广应用价值。

关键词:振动;故障;传感器:噪声;故障检测中图分类号:TP306　文献标志码:A　文章编号:100320794(2008)0520209203R esearch of G earbox F ault Detection B ased on N oiseLI Rui1,CHEN Jian-ping1,ZH OU Ji-nian2(1.Mechanical Engineering C ollege,T ianjin University of Science and T echnology,T ianjin300222,China;2.T ianjin Chemical Equipment Factory,T ianjin300222,China)Abstract:A new m onitoring method is described on the basis of the technology of varieties of fault detection methods.On the existing foundation which considering of strong industrial background noise at the scene,large fluctuations,the alarm warning system using MC U m onitored the gear box real-time.The electromagnetic sens ors were installed near the gear box.When unusual occurrence in the gear box,pre-programmed gaves a forecast alarm and shut down and reminded the operator doing treatment.S o the occurrence of accidents can be prevented.Application in production shows that the m onitoring method can greatly im prove the reliability of the m onitoring and warning.The m onitoring system has a wide application.K ey w ords:vibration;fault;sens ors;noise;fault detection1　噪声检测的原理(1)声音的特点测量生产环境的噪声是指测试噪声的声级和频谱。

齿轮箱辐射噪声的预测

ＡｂｓｒｔＩｈｓｓｕｙ，ｇａｔａｃ：ｎｔｉｔｄｅｒ—ｂｘｖｂａｉｎａｄｎｉｅｐｏｌｍｓｗｅｅｉｖｓｉａｅｙｔｅＦｏｉｒｔｏｎｏｓｒｂｅｒｎｅｔｔｄｂｈＥＭ，ｂｓｎｔｕｔｒｌｇｙｕｉｇｓｒｃｕａｍｏａｎｌｓｓａｄｓｕｄｔｅｒｄｌａａｙｉｎｏｎｈｏｙ，ｔｅｔｏｅｉａｄｌｏｅｒ—ｂｘｖｂａｉｎａｄｉａｉｔｎｎｉｅｗａｈｈｅｒｔｌｍｏｅｆｇａｃｏｉｒｔｎｔｒｄａｉｏｓｓｏｓｏｅｔｂｉｈｄ．Ｎｏｓｆｇａｂｘｗａｓｅｌｄｏｏｓｏｒｅｆｒｓｌｅｅｎｓｏｈｅｇａ —ｂｘ．Ｂｙｓａｌｓｅｉｅｏｅｏｓａｓｍｂｅｆｎｉｅｓｕｃｏｍｍａｌｌｍｅｔｆｔｅｒｒｏａｇｂａｃｌａｄｎａｏｏｓｒｓｕｅｆｒｅｅｌｍｅｔｈｒｓｕｅａｏｒｄｕｅｒ—ｂｘｒｄａｌｅｒｉａｄｅｄｆｎｉｅｐｅｓｒｏｍｖｒｅｅｎ，ｔｅｐｅｓｒｎｄｐｗｅｅｇａｙｏａｉ・
ｔｎｎｉｅｗｒｂａｎｄｈｏｓｅｅｓｉｔｄｂｈｔｅｉｐｐｒｃｉｃｄｓｗｔｅｅｐｒ・ｉｏｓｅｅｏｔｉｅ．Ｔｅｎｉｌｖｌｔｏｅｅｍａｅｙｔｅｍｅｈｄｉｔｓａｅｏｎｉｅｉｔｘｅｉｎｈｈｈ

[51] 齿轮箱动态响应及辐射噪声数值仿真

,
(4)
2
2
2
式中 :拉普拉斯算子 2 = x2 + y2 + z2 ;p 为声压
向量 ;c0 为空气介质中的声速。由于声波动量是空间位置与时间的函数 , 其控
制方程的形式是偏微分方程 , 若知道某一空间区域
内的声波方程 , 以及初始条件和边界条件 , 就可以具
体求出相应空间区域内所关心的声场变量 , 如声压
式中 :vn 为表面节点法向速度向量;A 、B 为影响矩阵。
3 固有模态和动态响应分析
3 .1 固有模态用 ANSYS 软件中的分块 Lanczos 法对图 1 所示
的齿轮箱进行有限元模态分析 , 安装支座底面施加零位移约束。表 1 给出了齿轮箱前 14 阶固有频率。
表 1 齿轮箱的固有频率
1 齿轮箱动力有限元分析模型
1 .1 有限元网格借助 ANSYS 软件 , 建立了包括齿轮、轴、轴承
和箱体的整个齿轮箱的动力有限元模型。根据轮齿啮合刚度 , 在齿轮副间建立弹簧单元 COMBIN14 以模拟啮合关系 ;根据轴承刚度 , 在轴与箱体间建立杆单元 LINK8 以模拟轴承支承 ;忽略端盖与箱体结合部及齿轮与轴结合部的影响。用四面体实体单元 SO LID45 对齿轮箱各零部件进行网格自动划分。齿轮箱动力分析有限元网格如图 1 所示 , 共计 66 328个节点 , 288 924 个单元。
式中 :M 、C 、K 分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩
阵 ;u¨、·u 、u 分别为加速度向量、速度向量和位移向
量 ;F 为动载荷向量。
ANSYS 在进行瞬态动力学分析时 , 可通过三

带式输送机齿轮箱的振动噪声与对策

带式输送机齿轮箱的振动噪声与对策带式输送机齿轮箱是带式输送机传动系统中非常重要的组成部分，它的工作状态直接影响到整个输送机的运行效率和稳定性。

随着带式输送机的使用时间不断增长，齿轮箱的振动和噪声问题也逐渐凸显出来。

对于这一问题，我们需要对齿轮箱的振动噪声进行深入分析，并提出有效的对策措施，以确保带式输送机的正常运行。

一、齿轮箱振动噪声问题的分析1. 齿轮箱振动噪声的原因齿轮箱在工作过程中会受到很大的载荷和冲击力，同时受到不同传动零部件之间的摩擦和碰撞，这些因素都会导致齿轮箱振动和噪声的产生。

齿轮箱的设计和制造质量、润滑状态、使用环境等方面的问题也会对振动噪声产生影响。

2. 齿轮箱振动噪声的危害齿轮箱振动噪声不仅会给运行人员带来不适，还会影响整个输送机设备的稳定性和运行效率。

长期以来，振动噪声还会对齿轮箱的使用寿命造成影响，甚至会导致部件的损坏，对设备的安全性产生潜在威胁。

二、齿轮箱振动噪声对策措施为了解决带式输送机齿轮箱振动噪声的问题，我们需要综合考虑从齿轮箱的设计、制造、安装、使用和维护等方面，采取有效的对策措施。

1. 齿轮箱的设计和制造对于齿轮箱的设计和制造，我们需要选用高质量的齿轮箱零部件和材料，确保其制造精度和装配质量。

需要做好齿轮箱的减振设计，采用合理的减振措施，减少振动源的产生。

2. 齿轮箱的安装和使用在齿轮箱的安装和使用过程中，需要严格按照设备制造商的规定来安装和调整齿轮箱，保证齿轮箱和其他传动部件之间的配合准确度。

需要做好齿轮箱的润滑工作，以减少齿轮箱的摩擦和磨损，降低振动和噪声的产生。

3. 齿轮箱的维护和监测定期对带式输送机的齿轮箱进行维护和检测工作也是至关重要的。

在运行过程中，及时清洁齿轮箱，及时更换润滑油和密封件，排查齿轮箱的工作状态和振动噪声情况，确保其正常运行。

4. 振动噪声监测与控制技术利用振动噪声监测与控制技术来对齿轮箱的振动噪声进行实时监测和控制，及时发现齿轮箱的异常振动和噪声，并采取相应措施进行处理，确保齿轮箱的正常运行。

在设计阶段精确预测变速箱齿轮噪声

一种新的、基于CAE模型的动力学和声振预测方法，证明了通过在设计阶段精确地预测齿轮噪声，达到缩减设计时间和工程成本的可能性。

Elasis与LMS工程咨询服务部通力合作，通过建立一种精确的CAE模型来仿真变速箱的噪声。

这个CAE模型可仿真噪声源在各种运行状况下的噪声生成机制。

为了验证这一CAE模型，在建模过程的每个阶段都做了实验测试。

该方法比原型实验能提供更多有关噪声根本成因方面的信息，并且有可能以更低的成本，更快、更早地开发出解决方案。

随着汽车制造商作出持续的努力，已使发动机噪声和路面噪声显著降低，传动装置的噪声问题则因其它噪声源对其掩盖性不断减小而变得愈发突出。

传动装置的设计师必须应对诸多不同状态下出现的噪声问题，譬如离合器发出的哐当声，齿轮发出的呜呜声，齿轮发出的咯咯声和动力传动系的轰声等。

实际上，变速箱噪声主要是齿轮的呜呜声（whine）和咯咯声（rattle）这两类噪声。

通过安装有虚拟发动机模拟装置的测试，工程师们可以评估手动变速箱的声学性能主噪声的产生机理齿轮的呜呜声,是一种与齿轮副的齿数相对应的、含发动机转速多阶次频率的复杂谐音噪声。

在旋转一圈的过程中，互相接触的齿数是变化的，譬如说，在某一时刻有两个齿互相接触，而在另一时刻则有3个齿互相接触。

另外，齿轮副的接触点会不断地沿齿面移动。

每一个齿均可视为齿根固定的梁，梁的弯曲刚度随接触点在梁上的移位而改变。

对某指定的齿而言，当接触点向齿根移动时其刚度在增大，当接触点向齿顶移动时其刚度在下降。

这一现象被认为是附加刚度随时间变化。

齿轮咯咯声是由于那些不带负荷的传动齿轮可在一个小范围内自由运动而产生的噪声，即由于两个齿轮的齿间切向间隙和齿轮与轴之间的径向和轴向间隙所引起的噪声。

齿轮之间的撞击和齿轮与轴之间的撞击这种金属之间的碰撞，会产生宽频带的振动，并由此形成咯咯声。

这种碰撞是由于燃烧力随时间变化引起发动机转速波动所造成的。

齿轮的呜呜声和咯咯声作为源，经由轴承的传递，最终激发起变速箱箱体的振动，而振动的箱体也随之成为噪声辐射源。

手动变速箱rattle噪声的仿真和试验

（ＣｈｅｒｙＥｎｇｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈｕ２４０００６，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｏｆｍａｎｕａｌｇｅａｒｂｏｘｉｎｌｆｕｅｎｃｅｔｈｅＮＶＨｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｈｏｌｅｖｅｈｉｃｌｅｄｉｒｅｃｔｌｙ，ｔｈｅｒａｔｔｌｅｎｏｉｓｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｍａｎｕ￣ｇｅａｒｂｏｘｉｓ
和非承栽齿轮副敲击系统相互作用的结果．用ＡＭＥＳｉｍ建立传动系统敲击模型并通过试验验证模
型的准确性，重点分析离合器参数（刚度和迟滞阻尼）以及齿轮齿隙对齿轮敲击力的影响．结果表
明，利用这些参数对变速箱ｒａｔｔｌｅ噪声加以控制可达到预期的效果．关键词：手动变速箱；ｒａｔｔｌｅ噪声；离合器刚度；迟滞阻尼；齿轮齿隙中图分类号：Ｕ４６３．２１２文献标志码：Ｂ
ｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｃｌｕｔｃｈ，ｂｅａｒｉｎｇｇｅａｒ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ，ｖｅｈｉｃｌｅｂｏｄｙａｎｄＳＯｏｎｗｉｔｈｔｈｅｋｎｏｃｋ

SEM30齿轮箱振动噪声分析及优化设计

SEM30齿轮箱振动噪声分析及优化设计马永方;唐委校【摘要】In view of the problem that SEM30 gearbox produces abnormal sound in the running process,and based on the theory of multi-body dynamics,the virtual prototype of the gear pair is established using ADAMS, and the gear meshing force is calculated. Based on FEM, the dynamic response of gearbox is calculated by using ANSYS. With the response results as boundary conditions of boundary element method,the acoustic characteristics of the gearbox are calculated. Based on the acoustic transfer amount (ATV) method,the plate contribution value of vibration noise of gearbox is calculated by using VIRTUAL. LAB. Simulation results show that the vibration noise of gearbox reaches the maximum value when the natural frequency of the gear box is overlapping or approaching to the gear meshing frequency,which provides the basis for optimization design of the structure of gearbox in future.%针对SEM30齿轮箱在运行过程中出现异响的问题,基于多体动力学理论,利用ADAMS建立齿轮副虚拟样机,计算齿轮啮合力.基于有限元法,利用ANSYS计算齿轮箱体的动态响应.响应结果作为边界元法的边界条件,计算齿轮箱体的声学特性.基于声学传递向量(ATV)法,利用B计算齿轮箱振动噪声的板块贡献量.仿真结果表明,齿轮箱的振动噪声在齿轮箱固有频率与齿轮啮合频率重合或接近时达到最大值,为今后齿轮箱体结构优化设计提供了依据.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2016(037)011【总页数】4页(P16-19)【关键词】齿轮箱;传感器;振动噪声;声学传递向量法;有限元法;啮合频率;灵敏度;快速傅里叶变换【作者】马永方;唐委校【作者单位】山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南 250061;山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061【正文语种】中文【中图分类】TH132;TP215Sensitivity Fast fourier transform(FFT)齿轮箱通过改变齿轮的啮合状态来改变转速和转矩。

声强测试技术在齿轮箱噪声监测中的运用

现代商贸工业２０２１年第１０期１６５㊀声强测试技术在齿轮箱噪声监测中的运用刘宗财１㊀王培培２(１．中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛２６６１１１;２．江苏天佑路航认证检测有限公司,江苏常州２１３０２２)摘㊀要:本文在分析噪声检测过程中遵循基本原理㊁声强测试技术优势的基础上,与普通环境下现场测试了实验齿轮箱,并基于齿轮箱体有限元模型自带的辐射声场区检验证实数据.结果发现,于齿轮副理论啮合频率位置,箱体辐射声场估测值和实测值的相符性处于较高水平,满足监测设计对精确性提出的要求.关键词:噪声测试;声强测试;齿轮箱;技术分析中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j ．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０２１．１０．０８２０㊀引言在工程作业华景内准确检测出测量面的声压指存在较大难度,主要是由于环境噪声与场地中的混合声响不能被忽略不计.在仿真与测算辐射声场阶段,基本上是在消音室内获得测量面声压检测数据,因声源设备装置受限于几何尺寸,无法进入消音室.尽管逐点扫描法用于工程领域中表现出良好效能,但迄今为止其在业内尚未达成共识.为在工程层面有所创新,本课题研究中于较宽敞的室内环境中实现对辐射声场的近场式声强测试,期待能借此方式获得真实度更高的齿轮箱辐射声场状态.１㊀噪声检测的原理１．１㊀声音的特征检测工程环境内的噪声,等同于测试噪声的声级与频谱.基本是采用声级计测量噪声,其内有频率计权网络,细分为A ㊁B ㊁C 三种类型.在测量噪声阶段,不管其是强是弱,均可利用A 网络检测.对噪声进行分频时,需连接频谱仪与声级计,用于检测与分析噪声不同频带的声压级的大小与分布状况,进而更便利的了解噪声的频谱特性.１．２㊀声强级在物理学上,声强被定义成单位面积上声波的功率,可用下式表示:I (声强)＝P (功率)ˑS (面积)W /㎡为声强的单位,对于个体的听觉来说,分贝(d B )这一单位更具实用性,其呈现出的是声强级,有:L (声强级)＝１０ˑl g (I /I ０)I ０为声强级的基准声强,一般会选择人耳能够听到的最低声强.在噪音测量实践中,一般还会采用标准A 去确定基准声强,于１０００H z 时其对应值是１０－１２W /m ２,基于该标准获得的声强级计为d B (A ).１．３㊀波形声音的波形实质上就是振动函数的图像,因为有外力作用于声音的传播过程,因而波形无时无刻不在发生改变.电子录音与放音设备内配置的电路会诱导波形改变过程,以上这种情况在业内被称之为波形的失真.参照集成电路的属性,各电路均有最大的频率范畴,比如１００~１００００H z,一旦超出这一范畴波形失真的概率就会显著增加.很多失真问题中滤波电路是罪魁祸首,比如电路要滤除电网内５０H z 的噪音,当接收到的声音约５０H z 时,波形失真现象就很严重了.２㊀设计实验方案受多种主客观因素的约束,本课题研究仅能于空间偏高室中开展,分析到齿轮系统现实作业环境内存在多种误差因素,基于这样的环境条件进行实验研究与分析,能更好的把控大功率齿轮箱辐射声场的现状,更客观的分析误差.设定在晚间２０ʒ０这一较安静的时段开展实验活动,将室内温度调控为２６ħ;空气密度(ρ０)１２０５k g /m ３;空气内声速(c ０)为３４３m /s ;背景噪声２０d B 左右,明显低于设备运行阶段形成的噪声;实验用齿轮系统加载杆自身形成的扭矩(P )为１４g (N m ),电动机输出转速达到了２９００r pm .于齿轮试验机的包络平面上,基于逐点扫描法去测量声强.参照近场声全息测量提出的要求,及网格划分对分析频次形成的约束,现实中采用细钢管焊接成矩形框架,框架上配置了活套管,可拉伸范围为０１~０２m ,进而更好的满足声强测试阶段的距离提出的要求,在０３m m ２电缆线的协助下顺利的搭建了网格.图１是测点图示.具体扫描路线先从左到右,再由右向左推进,将扫描速度调控在０１~０５m /s 间,各个面元上扫描持续时间ȡ２０s.测试全过程均要严格参照现行规范要求进行.图１㊀端㊁顶面面元部署以及检测顺序图示使用３５９９声强探头＋３５６０CP U L S E 多分析仪辅助开展测试工作,配合使用１２m m 声强探头空间距离间隔器,分析频率区间０~４０００H z ,现场检测出P I ㊁P R I指数,已知F P I ＜L d .３㊀实验结果及分析试验推进阶段,检测到整个息面上１００~４０００H z 频率范畴中的声压与声强信息,试验检测出齿轮箱包络面的端面各个频率位置的声强(W /m ２)云图与声压(P a).为更客观㊁准确的判断出设备的辐射声场状态,对设备的运行状态有初步性了解是第一步.本试验研究的目标对象内,在本次试验的对象中,驱动与试验齿轮箱内的两对齿轮副的加工制造水平一致,仅是在后期运维保养等问题状况存在一定差异性.此外,弹性轴既往曾受外力的作用,形体发生不同程度变化,以上因素均可以完整的呈现在辐射声场内.对以上声强和声压分布状况进行观察,能较容易工程管理与技术现代商贸工业２０２１年第１０期１６６㊀㊀的察觉到齿轮箱的辐射噪声的复杂性更高,特别是于端面的辐射声相互作用十分强烈,故而在这样的情景下,检测到的声强符号屡次发生变动,表明端面周边声能量流向复杂度处于较高水平.比较端面的声压与声强分布状况,低频时声压幅值和１０＃面元相毗邻,即是传动轴处,试验齿轮箱的轴频及其倍频占据着主体地位;伴随分析频率递增过程,处于试验齿轮箱正后侧即测量方向呈９０ʎ驱动齿轮箱的辐射声缓缓显现出来.当分析频率达到１２５０H z 时,声压与声强云图被细化为两部分,上㊁下部分别对应的是驱动㊁试验齿轮箱辐射声的到达声㊁直达声,声源位置显而易见;于更高频段,上部的到达声进一步被强化并演变成弹性轴形变形成的倍频与分倍频,该位点由振动加速度测得数据中也能被察觉到,提示当有另一个声源存在于声源正后侧时,两声源辐射值的叠加结果便是测量面的值.外加十分剧烈的外力作用,于声压偏小的部位时常和负声强相对应,时而也会形成相逆的状况,伴随传动轴辐射声压值上升过程,声强值有降低趋势.究其原因,可能是同个轴上的两对齿轮副同步啮合时,于轴向辐射声场形成方向相逆的声强,而在其周边却形成了方向一致的声强,以上情况于数值仿真测算内不会出现.４㊀对比预测面和全息面针对齿轮试验机数值仿真测算情况,使用A N S Y S 专业软件进行理论分析,需要历经检测验证实测值方能抵达可信度.具体是把齿轮试验机结构模型整合至V i r t u a l ．L a bA c o u s t i c s 声学软件内,而后导进由箱体动态响应测算到的结构表面振动位移值,在直接边界元法的协助下,测算出箱体表层与场点声场的现实分布状况.场点网格和声强计扫描检测面网格维持高度统一性图２是齿轮箱的有限元分析模型.历经测算后便会获得齿轮试验机５个包络面相对应的声压云图,图３对应的是１２５０H z ,７ˑ４ˑ１０场点的声压幅值部署图.针对仿真以及动态求解过程合理程度,和实测值之间存在多打的出入等问题,均值得在后续研究中分析探究.当然,不考虑测量仪器自身形成的系统误差,齿轮系统的运作状态决定了真实值与实测值,数值测算出的结果仅是齿轮系统的一种理想化运作状态.尽管声强测试无法像于消音室中检测传声器阵列一样扎实掌握声场信息量,但于作业现场环境下开展的检测工作,声强检测阶段表现出的抗干扰能力及精确度均得到较高的肯定.针对可能存在的误差始源,也能于实测值与预测值分析过程中表现出来,提出应对与规避误差的可行方法.图２㊀齿轮箱有限元分析模型如下本文对比分析预测面与全息面.在观察测试数据阶段,不难发现处于顶面数据内两齿轮箱的相互作用最弱,主要是由于两齿轮箱平行布设,箱体上方盖板面积较为狭小,顶面的测量面积偏大,有助于减少测量误差.图３㊀齿轮箱场点声压预测值部署图４是实测网格统一场点网格与１０倍细化处理后,获得基于场点网格预测的顶面声压幅值部署图,对应的分析频率是１２５０H z,主要受全息面网格划分的约束.能够发现声压值偏高的区域基本上和声源方位相对应,但传动轴中间轴承的辐射声场预测值可能过高,这和模型的简化处理操作存在一定相关性.图４㊀１２５０H z 预测顶面声压部署图因有声强探头的约束,于有限的测量孔径上方很难检测出大量的测量点,这是一个矛盾性较强的问题,特别是于测量端面上,若声压探头能够以０．０２m 为间距去部署３６ˑ２０点阵,而实验研究内是７ˑ４点阵数据,存在较显著差异.比较分析频率１２５０H z 位置预测面与实测全息面的声压分布图.能够观察到,两个图形具有较高的相似度,相比之下声强云图的指向性更强,提示更能精确的辨识出声源,基于实验研究获得的数据能更快捷的对声场状况作出预判断;比较分析预测面和全息面对应场点的频率响应曲线,能够发现,当频段处于８００~１２５０H z 区间内声压波动趋向大体一致;预估面声㊁实测全息面声压级最大值分别出现在５８＃㊁５９＃面元上,对应值依次是７９．９d B ㊁８１．４d B .综合以上信息,我们认为尽管存有数值测算上忽略与仿真模型内简化的情况,但对齿轮试验机辐射声场作出的预测结果已经抵达了工程精准度要求.５㊀结束语参照现行的有关规范标准,本课题基于逐点扫描法的声强测试技术去测量齿轮试验机的辐射声场.在作业现场环境条件下,声强测量技术的抗干扰能力及精确度得到了认可,实验阶段若能确定具体的测点,那么便能精确定位噪声源,并基于数值测算的形式作出检测验证.结果发现,于齿轮副理论啮合频率位置,箱体辐射声场估测值和实测值的相符性处于较高水平,满足监测设计的精确性要求.参考文献[１]王成龙,尚昱君,徐红梅,等．基于声强测试的联合收获机噪声源识别与定位[J ]．江苏大学学报(自然科学版),２０２０,４１(０６):６７７Ｇ６８４．[２]杨安坤,李本旺．固定式工业机器人噪声辐射测试方法研究[J ]．机电技术,２０２０,(０３):８５Ｇ８６＋９８．[３]杨攀．基于声强技术的涡旋压缩机噪声源测试与分析[J ]．制冷与空调,２０２０,２０(０５):１９Ｇ２１＋７０．。