【摘要】：“21世紀(jì)海上絲綢之路”是我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略的組成部分,已經(jīng)成為具有重要意義的國(guó)家戰(zhàn)略。作為支撐國(guó)家海洋戰(zhàn)略的核心力量,船舶一直是我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的裝備之一,振動(dòng)噪聲不僅影響其舒適性更會(huì)對(duì)其隱身性產(chǎn)生威脅。齒輪傳動(dòng)由于功率密度高、工作可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),是目前船舶動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)中最常用的傳動(dòng)形式。齒輪箱作為齒輪傳動(dòng)裝置的重要組成部分,工作過(guò)程中在齒輪系統(tǒng)內(nèi)部激勵(lì)的作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),并輻射噪聲。齒輪箱的振動(dòng)噪聲正是船舶上振動(dòng)噪聲的主要來(lái)源之一。因此研究如何快速準(zhǔn)確預(yù)估船舶齒輪箱的振動(dòng)噪聲,并在此基礎(chǔ)上探索如何采用合理的措施降低其振動(dòng)噪聲有著重要的理論意義和工程價(jià)值。本文建立了可考慮基礎(chǔ)導(dǎo)納的船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲預(yù)估模型并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證;基于該模型系統(tǒng)地分析了基礎(chǔ)導(dǎo)納對(duì)船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲的影響;提出了低噪聲結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,利用該方法對(duì)船舶齒輪箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了輻射噪聲的有效控制。本文工作的主要內(nèi)容和成果有:1、對(duì)船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲的預(yù)估和控制方法進(jìn)行了總結(jié)和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:目前研究中在基礎(chǔ)導(dǎo)納的計(jì)入方法及其對(duì)船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲的影響規(guī)律,低噪聲結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法等方面還存在不足,需要進(jìn)一步完善。2、結(jié)合有限元/邊界元法和動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法,建立了可考慮基礎(chǔ)導(dǎo)納的船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲預(yù)估模型。由于對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了等效,避免了建立其有限元/邊界元模型,該模型與全有限元/邊界元模型相比計(jì)算效率更高,適用范圍更廣。采用該模型對(duì)安裝在基礎(chǔ)上的單級(jí)人字齒輪箱的振動(dòng)噪聲進(jìn)行了預(yù)估。搭建了單級(jí)人字齒輪傳動(dòng)裝置振動(dòng)噪聲試驗(yàn)臺(tái),對(duì)單級(jí)人字齒輪箱的振動(dòng)噪聲進(jìn)行了測(cè)試,通過(guò)與仿真結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了提出的振動(dòng)噪聲預(yù)估模型的準(zhǔn)確性。研究發(fā)現(xiàn):在船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲的預(yù)估中不可忽視基礎(chǔ)導(dǎo)納,在設(shè)計(jì)的初始階段或條件有限時(shí)可只計(jì)入其原點(diǎn)導(dǎo)納。3、分析了基礎(chǔ)導(dǎo)納對(duì)船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):基礎(chǔ)原點(diǎn)導(dǎo)納對(duì)船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲的影響比跨點(diǎn)導(dǎo)納的影響明顯;基礎(chǔ)導(dǎo)納越大,其對(duì)船舶齒輪箱固有特性、結(jié)構(gòu)振動(dòng)和輻射噪聲的影響越明顯;由原點(diǎn)導(dǎo)納產(chǎn)生的振動(dòng)加速度與由跨點(diǎn)導(dǎo)納產(chǎn)生的振動(dòng)加速度的相位相反時(shí),該連接點(diǎn)處的振動(dòng)加速度隨著基礎(chǔ)導(dǎo)納的變化會(huì)出現(xiàn)極小值。4、研究了聲學(xué)傳遞向量的基本分布規(guī)律,結(jié)果表明:頻率越高聲學(xué)傳遞向量的分布越分散;對(duì)于聲場(chǎng)中的某場(chǎng)點(diǎn),其對(duì)面表面上的聲學(xué)傳遞向量明顯大于其它表面。通過(guò)改變齒輪箱表面的肋板的布局位置、方式、尺寸和數(shù)量,分析了由肋板布局引起的結(jié)構(gòu)變化對(duì)聲學(xué)傳遞向量的影響。研究發(fā)現(xiàn):結(jié)構(gòu)變化時(shí),齒輪箱各場(chǎng)點(diǎn)上聲學(xué)傳遞向量數(shù)值的變化未超過(guò)30%,聲學(xué)傳遞向量分布并沒(méi)有出現(xiàn)大面積急劇變化的情況。5、以聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析為基礎(chǔ)提出了低噪聲結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法中首先根據(jù)聲學(xué)傳遞向量分析、模態(tài)聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析和板面聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析確定聲學(xué)貢獻(xiàn)量最大的區(qū)域,接著以降低聲學(xué)貢獻(xiàn)量最大區(qū)域上的法向速度為目標(biāo)和約束條件建立拓?fù)鋬?yōu)化模型,最后根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)。運(yùn)用該方法對(duì)一塊四邊固定的平板進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后各平板的輻射噪聲進(jìn)行了測(cè)量和對(duì)比,驗(yàn)證了提出的低噪聲結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。6、以船舶齒輪箱振動(dòng)噪聲預(yù)估模型和低噪聲結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ),提出了船舶齒輪箱低噪聲結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和流程,并對(duì)單級(jí)人字齒輪箱進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)后,整個(gè)聲場(chǎng)上的輻射噪聲均有所降低,其中主要場(chǎng)點(diǎn)上的平均有效聲壓級(jí)降低了4.98dB(A),最大有效聲壓級(jí)降低了9.44dB(A),最后,對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié),指出了本文研究工作中存在的不足,并對(duì)后續(xù)可能的研究方向進(jìn)行了展望。
【圖文】：

1 緒論的結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析中常用的模型有兩種：第一種是全有限元模型[8-14]，齒輪箱均建立有限元模型（如圖 1-2(a)所示），在輪齒嚙合線上施加動(dòng)析，該模型可以考慮齒輪系統(tǒng)與齒輪箱之間的相互影響，但會(huì)增加計(jì)下齒輪系統(tǒng)有限元模型的節(jié)點(diǎn)以及單元數(shù)量達(dá)到了齒輪箱的 1.5 倍[10]量/有限元模型[15-24]，即分別建立齒輪系統(tǒng)的集中質(zhì)量模型和齒輪箱的 1-2(b)所示），將通過(guò)求解齒輪系統(tǒng)集中質(zhì)量模型獲得的軸承動(dòng)載荷施模型上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析。該模型對(duì)于齒輪系統(tǒng)與齒輪箱間耦合效全有限元模型全面，但不需要建立齒輪系統(tǒng)的有限元模型，計(jì)算規(guī)模要問(wèn)題。表 1-1 中對(duì)比了這兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合。

齒輪箱輻射噪聲分析中應(yīng)用最為廣泛用該方法對(duì)某型車輛變速器箱體的輻射箱的輻射噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)并和試驗(yàn)結(jié)果映厚等[30]用該方法得到的齒輪箱輻射噪方法得到的齒輪箱輻射噪聲與試驗(yàn)結(jié)果用該方法對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪減速器的振法可以計(jì)算的上限頻率，網(wǎng)格尺寸越小特點(diǎn)就是尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)格不可能解決低頻段的噪聲計(jì)算問(wèn)題。噪聲計(jì)算問(wèn)題，已有學(xué)者將統(tǒng)計(jì)能量法應(yīng)統(tǒng)如圖 1-3 所示。該方法在使用過(guò)程中存等問(wèn)題。對(duì)于船舶齒輪箱這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)足統(tǒng)計(jì)能量法的要求，但另一些子結(jié)構(gòu)合法[38]可以解決這類問(wèn)題，，目前已有學(xué)還相對(duì)較少。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U661.44

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本文編號(hào)：2609319