SEM30齿轮箱振动噪声分析及优化设计马永方，等
SEM30齿轮箱振动噪声分析及优化设计
Analysis of theVibrationNoise of SEM3O Gearbox andtheOptimumStructuralDesign
马永方唐委校
（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）
摘要：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VIRTUAL.LAB计算齿轮箱振动噪声的板块责献量。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。
关键调：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
中图分类号：TH132：TP215
文献标志码：A
D0I: 10. 16086/j. cnki. issn 1000 0380. 201611005
Abstract : 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 caleulated. 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.
Keywords: Gearbox Sensor Vibration noise Acoustic transfer vector( ATV) method Finite element method Mesh frequency Sensitivity Fast fourier transform(FFT)
0引言
齿轮箱通过改变齿轮的啮合状态来改变转速和转矩。齿轮振动会降低传输系统的功率和缩短系统的使用寿命。周立廷、丁健等人以齿轮箱为研究对象，运用边界元方法，计算其结构噪声辐射声场，并进行结构优化，以达到减振降噪的目的。Yoon2基于三次样条曲线方法对齿廓进行改进，降低了齿轮的振动和噪声。李宏坤3利用振速法，确定箱体表面振动和辐射噪声的关系。毛炳秋14采用添加阻尼环的方法降低齿轮传动噪声。左言言[3]利用斜齿轮代替常啮合齿轮副有效降低了齿轮箱的噪声。针对SEM30齿轮箱频发异响的问题进行研究。利用VIRTUAL.LAB,并基于ATV 法对齿轮箱箱体进行声学面板贡献量求解，确定齿轮箱体的振动噪声源。仿真结果为齿轮箱的结构优化提
教育部博士学科点博导类基金资助项日（编号：2011013111043），修改稿收到日期20160304
第一作者马永方(1989一），男，现为山东大学机械工程专业在读项士研究生；主要从事振动噪声方向的研究。
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万方数据
供了依据。
1齿轮箱的动态响应分析
齿轮箱产生的噪声可以分为两类：气动噪声和结构振动噪声。气动噪声主要是由齿轮旋转时箱内的空气产生的；结构噪声是由箱体结构的振动产生的。气动噪声可以忽略不计，因此，本研究主要针对箱体振动噪声。
计算箱体振动噪声，首先需要计算箱体的振动响应。引起箱体振动的激励分为内部激励和外部激励。内部激励为刚度激励、误基激励、喷合冲击激励；外普激励主要为齿轮系统的其他因素对齿轮啮合和齿轮系统产生的动态激励，例如负载和转速的波动、滚动轴承的时变刚度。
1.1齿轮副动力学模型及其运动微分方程
只考虑齿轮系统的扭转振动，不考虑传动轴的横向和轴向弹性变形以及支承系统的弹性变形，建立齿轮副动力学模型，如图1所示。
PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVol37No.11November2016