【摘要】：齒輪作為一種通用件，是各種機(jī)械裝備系統(tǒng)中的重要傳動裝置，在機(jī)械、交通、化工、航空、航天、船舶等行業(yè)的設(shè)備中起著非常關(guān)鍵的作用。實際應(yīng)用中的齒輪不可避免地存在著制造、安裝誤差，在載荷的作用下輪齒將發(fā)生變形。這些誤差和變形破壞了齒輪傳動的嚙合關(guān)系，使齒輪嚙合時的位置相對于其理論位置發(fā)生偏離，從而使瞬時傳動比發(fā)生變化，造成齒與齒之間的碰撞和沖擊，形成了齒輪嚙合的內(nèi)部激勵，從而產(chǎn)生振動和噪聲。 本文結(jié)合壓電智能材料的應(yīng)用，將主動控制技術(shù)用于齒輪嚙合傳動系統(tǒng)振動控制，基于軸橫向振動主動控制思想，提出了一種齒輪箱內(nèi)的主動控制結(jié)構(gòu)，使主動控制力以更直接的方式控制誤差激勵引起的振動響應(yīng)。利用多組壓電片在力學(xué)上串聯(lián)、電學(xué)上并聯(lián)的設(shè)計思想，構(gòu)成壓電堆作動器，基于FxLMS自適應(yīng)濾波算法，通過作動器輸出的位移控制齒輪軸的彎曲振動，進(jìn)而達(dá)到衰減振動和噪聲的目的。具體工作包括以下幾個方面： 1)采用集中質(zhì)量法建立了直齒輪三自由度振動數(shù)學(xué)模型，并基于此模型對齒輪系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行分析，為主動控制奠定了基礎(chǔ)。分析了激勵頻率、負(fù)載、阻尼等對齒輪振動狀態(tài)和嚙合形式的影響；對比了線性模型和非線性模型，時變剛度模型和時不變剛度模型用于動力學(xué)分析時的區(qū)別。 2)基于控制軸橫向振動的概念，提出一種齒輪傳動系統(tǒng)振動主動控制結(jié)構(gòu)。采用有限元的方法，建立了主動控制結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，為仿真研究奠定基礎(chǔ)。闡述了FxLMS自適應(yīng)濾波算法的基本原理，并用FxLMS算法進(jìn)行了主動控制仿真研究;分析了次級通道誤差和參考信號對FxLMS算法收斂性能和穩(wěn)定性的影響。 3)分析了對次級通道進(jìn)行在線辨識的原因，討論了附加隨機(jī)信號進(jìn)行在線辨識的幾種算法，分析了其性能特點(diǎn)，并進(jìn)行了主動控制仿真驗證。將DLMS算法應(yīng)用到振動主動控制中，采用自適應(yīng)的方法對次級通道進(jìn)行延遲估計，并進(jìn)行了仿真驗證。 4)搭建了齒輪傳動系統(tǒng)振動主動控制實驗平臺，開展了振動主動控制研究。首先在離線條件下研究了次級通道模型，，并對采用自適應(yīng)陷波器獲取參考信號的方法進(jìn)行了實驗驗證。然后設(shè)計相應(yīng)控制器，對在線辨識的自適應(yīng)濾波算法進(jìn)行了振動主動控制實驗研究，驗證了主動控制算法和結(jié)構(gòu)的有效性。
[Abstract]:As a universal part, gear is an important transmission device in various mechanical equipment systems, and plays a very important role in machinery, transportation, chemical industry, aviation, aerospace, ship and other industries. In practical application, there are inevitable manufacturing and installation errors, and the gear teeth will deform under the action of load. These errors and deformation destroy the meshing relation of gear transmission, make the position of gear meshing deviate from its theoretical position, and make the instantaneous transmission ratio change, resulting in the collision and impact between teeth. The internal excitation of gear meshing is formed, resulting in vibration and noise. Combined with the application of piezoelectric intelligent material, the active control technology is applied to the vibration control of gear meshing transmission system. Based on the idea of active control of axial transverse vibration, a kind of active control structure in gear box is proposed. The vibration response caused by error excitation is controlled more directly by active control force. Based on the design idea of series piezoelectric plates in mechanics and parallel in electricity, a piezoelectric pile actuator is constructed. Based on FxLMS adaptive filtering algorithm, the bending vibration of gear shaft is controlled by the displacement of actuator output. Then the aim of attenuating vibration and noise is achieved. The specific work includes the following aspects: 1) the mathematical model of three degrees of freedom vibration of spur gear is established by means of concentrated mass method, and the dynamic response characteristics of gear system are analyzed based on this model, which lays a foundation for active control. The effects of excitation frequency, load and damping on the vibration state and meshing form of gear are analyzed, and the linear model and nonlinear model are compared. The difference between time-varying stiffness model and time-invariant stiffness model in dynamic analysis. 2) based on the concept of lateral vibration of control shaft, a new active vibration control structure for gear transmission system is proposed. The mathematical model of active control structure is established by finite element method, which lays a foundation for simulation research. The basic principle of FxLMS adaptive filtering algorithm is expounded, and the active control simulation is carried out with FxLMS algorithm. The influence of secondary channel error and reference signal on the convergence performance and stability of FxLMS algorithm is analyzed. 3) the reason for on-line identification of secondary channel is analyzed, and several algorithms for on-line identification of additional random signals are discussed. The performance characteristics are analyzed, and the active control simulation is carried out. The DLMS algorithm is applied to the active vibration control, and the adaptive method is used to estimate the delay of the secondary channel. 4) an experimental platform for active vibration control of the gear transmission system is built. Active vibration control is studied. First, the secondary channel model is studied under off-line condition, and the method of obtaining reference signal by adaptive notch is verified experimentally. Then the corresponding controller is designed and the active vibration control experiment is carried out to verify the validity of the active control algorithm and structure.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.41;TB535

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