[发明专利]齿轮轴系减振降噪的组合阻尼装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种安装于齿轮轴对齿轮传动系统减振降噪组合阻尼装置，可用于风力发电机、航空发电机、汽轮机组等领域的齿轮传动的减振降噪，属于阻尼装置技术领域。

技术背景

齿轮及齿轮箱作为机械设备中一种传递运动和动力的通用装置，在金属切削机床、航空、电力系统、运输机械、冶金机械等现代大型设备中具有重要的作用。但由于其本身结构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮在进行啮合传动时，由于外载荷变化、齿轮加工及安装误差、齿轮啮合刚度的时变性及啮合齿的碰撞冲击等因素的影响，齿轮产生振动和噪声。轮体产生的振动通过齿轮轴传递到齿轮箱轴承座，进而传递到齿轮箱，引起整个齿轮箱的振动。齿轮系统的振动会加速整个传动系统的疲劳损害，使其失效而发生严重的后果。因此必须采取有效措施控制齿轮的振动噪声。

齿轮由于复杂结构，其振动噪音的频率成分有啮合频率与其谐波及由幅值调制和频率调制构成的边频带。一般情况下，该啮合频率与其各谐波成分会有较高的能量，当其高次谐波成分与齿轮箱内其他结构的自振频率重合时，其能量振幅也会很高。齿轮这种复杂多频振动，相应的需要一种宽频减振降噪措施。

国内外学者对齿轮的减振降噪方法进行了研究。于英华等在《泡沫铝阻尼塞在齿轮传动中的减振降噪特性的研究》采用一种多孔金属材料的泡沫铝阻尼塞安装在齿轮轮体上进行减振(设计与研究2007年第35期第35-37页)。黄宏亮等在《航空锥齿轮减振阻尼环设计与分析》研究设计阻尼环并安装在中央传动锥齿轮上进行齿轮减振(航空发动机2013年第39卷第2期第25-30页)。钟延涛等在《齿轮传动的阻尼减振技术研究》通过有限元计算在齿轮轮体腹板上安装粘弹性阻尼层进行齿轮的减振效果研究。以上减振措施中阻尼环和阻尼塞通过与齿轮间的摩擦力能对齿轮啮合函数中的某些谐波所引起的共振进行有效的抑制，但阻尼环和阻尼塞的减振效果只能局限于齿轮较低的固有频率成分，不能实现宽频减振。粘弹性阻尼层可以实现在某一频带的减振，但粘弹性材料的耗能效果和阻尼层厚度有很大关系，只有阻尼层达到一定厚度时粘弹性材料才能较好的控制齿轮振动，这对于一些精度要求比较高或重量有限制的齿轮是不允许增加过多的附加质量。而在齿轮的主动控制技术中，国内重庆大学的张峰在《基于压电作动器的齿轮传动系统振动主动控制及算法研究》(重庆大学博士论文2013年)和国外的许多学者，如Yuan H.Guan在《Experimental study on active vibration control of a gearbox system》(Journal of Sound and Vibration282(2005)713–733)均在某齿轮轴上采用压电作动器通过不同算法控制作动器实现对齿轮箱的减振降噪，但此算法复杂，而且也只能对基本啮合频率下的振动有效，仍不能实现宽频减振。中国专利CN101133228B公开一种用于岩石钻机齿轮箱输出轴的减振装置，通过制动器上的摩擦元件以达到减振目的，但只能应用于岩石钻机齿轮箱，应用范围有限。以上措施是在轮体、齿轮轴上进行减振，而中国专利CN101725482A、CN101363419A、CN101333998A及德国专利DE29924608UI等发明了一种齿轮箱减振支撑进行隔振，此措施只能隔绝齿轮振动及噪声传递到机组其他部件，而对于齿轮轴上振动并没有进行有效减振。

发明内容

本发明的目的在于设计一种安装于齿轮轴上的组合阻尼装置，针对齿轮传动系统中啮合冲击产生的宽带随机振动特性，通过所涉及的组合阻尼装置实现齿轮轴系及齿轮箱的宽频减振降噪。所提出的组合阻尼装置能够根据实际需要提供足够大的阻尼力，对运行振动和冲击载荷一样有效，在齿轮轴系和齿轮箱体所有自由度上对振动的反应迅速；安装位置空间灵活；结构简单，且易于装卸和安装；对齿轮啮合传动中的多种频率成分的振动以及齿轮在各种转速下都保证良好减振效果。

为实现以上目的，本发明采取如下两种技术方案。

技术方案一：