[发明专利]一种柔性支承齿轮传动装置自适应建模方法

说明书

本发明提供了一种柔性支承齿轮传动装置自适应建模方法，属于动力学技术领域，该方法将整个齿轮系统划分为传动系统模块、箱体模块、隔振器模块和基础模块；传动系统模块采用集中质量法提取质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，箱体模块采用子结构法提取质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；隔振器模块采用弹簧单元进行建模；基础模块采用子结构法提取质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；通过对系统的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵进行组装，得到完整的耦合系统动力学模型。本发明具有建模方便快速的特点，可以针对不同齿轮、不同传动型式以及不同隔振型式进行自适应建模。

技术领域

本发明属于动力学技术领域，具体涉及一种柔性支承齿轮传动装置自适应建模方法。

背景技术

合理地预测齿轮系统振动需要在动力学模型中考虑所有主要的机械元件。国内外众多学者对齿轮系统进行了大量的研究，模型自由度和规模不断扩大，考虑的因素也越来越全面，更多的耦合关系建立起来。齿轮系统动力学模型的发展经历了以下阶段：1)动载系数模型，2)纯扭转模型，3)啮合耦合模型，4)齿轮-转子耦合模型，5)齿轮-转子-支承系统模型。齿轮-转子-支承系统模型是各类模型中最一般最复杂的模型，不仅考虑齿轮与转子之间的耦合效应，还要考虑箱体及其他支承系统与齿轮转子系统的耦合影响。

目前齿轮系统动力学模以齿轮-转子耦合模型为主，建模方法主要为集中质量法。在分析箱体振动时常规做法是建立箱体有限元模型并计入非耦合传动系统模型的轴承激振力，同样没有考虑各个系统之间的相互影响。

因此，本申请提供一种柔性支承齿轮传动装置自适应建模方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种柔性支承齿轮传动装置自适应建模方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种柔性支承齿轮传动装置自适应建模方法，将整个齿轮系统划分为：传动系统模块、箱体模块、隔振器模块和基础模块，具体包括以下步骤：

步骤1、对所述传动系统模块，采用集中质量法提取所述传动系统模块的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；

步骤2、对所述箱体模块，建立所述箱体模块的有限元模型，提取边界耦合节点的参数，采用子结构法提取所述箱体模块的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；

步骤3、将所述隔振器模块简化为弹簧单元，得到隔振器的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；

步骤4、对所述基础模块，建立所述基础模块的有限元模型，提取边界耦合节点的模态参数，利用子结构法提取所述基础模块的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；

步骤5、通过对上述步骤中得到所述传动系统模块、箱体模块、隔振器模块以及基础模块的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵分别进行组装，并考虑各模块之间的相互耦合影响，得到完整的耦合系统动力学模型。

优选地，所述步骤1中的传动系统模块包括齿轮、轴、轴承，采用集中质量法提取齿轮、轴、轴承的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，再考虑齿轮、轴、轴承三者之间的耦合作用，得到所述传动系统模块的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵。

优选地，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、在所述箱体有限元模型中各轴承中心处分别建立节点；

步骤2.2、将这些节点分别与相应轴承座圆环面上的节点之间通过刚性梁单元建立变形耦合关系；

步骤2.3、箱体在底座及各螺栓处施加位移全约束；

步骤2.4、将所有轴承中心节点定义为一个超单元并施加主自由度，通过内部自由度的凝聚得到该超单元质量矩阵和刚度矩阵；

步骤2.5、根据子结构理论得到箱体等效质量矩阵、等效阻尼矩阵和等效刚度矩阵。