機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的有限元分析探討

摘 要：對(duì)于大型機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)來說，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的有限元分析是確定其是否發(fā)生共振的主要方法。文章用有限元分析方法對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行具體的研究，并基于靈敏度分析對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的模型進(jìn)行了修改，最后分析了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率的概率分布，從而得到了在假設(shè)參數(shù)分布下系統(tǒng)不發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)可靠度，為研究人員對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)分析提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)；有限元分析；扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；可靠度

引言

隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，越來越復(fù)雜的大型機(jī)械開始廣泛應(yīng)用于我們的生產(chǎn)和生活，在大型機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，對(duì)其動(dòng)力傳遞系統(tǒng)的分析也越來越困難。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)系統(tǒng)的分析計(jì)算往往是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，手工調(diào)整參數(shù)計(jì)算，不僅勞動(dòng)量大、效率低，而且往往因?yàn)楹?jiǎn)化過多而導(dǎo)致結(jié)果偏差過大。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，人們可以借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真模擬，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)型式、布局、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行預(yù)估，從而以較低的制造成本獲得最優(yōu)的傳動(dòng)效果。基于這些方面的考慮，對(duì)大型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的有限元分析，對(duì)系統(tǒng)的性能、傳遞方式、振動(dòng)、固有頻道等進(jìn)行分析研究，具有很重要的理論價(jià)值和社會(huì)效益。文章對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了具體的探討，尤其對(duì)系統(tǒng)的固有頻率、振動(dòng)以及不發(fā)生共振的可靠度等進(jìn)行詳細(xì)的論述，為大型機(jī)械的設(shè)計(jì)人員提供了有效的借鑒，同時(shí)為傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的有限元分析的研究者提供了思路。

1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的有限元分析探討

1.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的有限元分析概述

傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問題是現(xiàn)代大型機(jī)械設(shè)計(jì)中的熱點(diǎn)問題，主要是因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、復(fù)雜的質(zhì)量系統(tǒng)，很難進(jìn)行模型簡(jiǎn)化和計(jì)算。目前工程機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型是當(dāng)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)，它的建模方式是將慣量與軸段剛度向某一軸線轉(zhuǎn)化，然后采用集中質(zhì)量法，軸的剛度按兩個(gè)集中質(zhì)量件的有效長(zhǎng)度計(jì)算，忽略齒輪以及輪齒的彈性，從而得到一個(gè)包含慣量、彈簧、阻尼的集中質(zhì)量模型。

1.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振動(dòng)特性分析

一般來說，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)由三個(gè)特性決定：固有頻率、振型和頻響，而系統(tǒng)共振會(huì)使系統(tǒng)的這三個(gè)特性得到很大改善。

對(duì)于復(fù)雜機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)來說，共振是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)破壞最大的，也是任何一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)極力避免的。在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，每個(gè)元件和系統(tǒng)都有固有頻率，傳動(dòng)系統(tǒng)本身也有自己的彎曲頻率、扭轉(zhuǎn)頻率，一旦設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的共振問題，對(duì)設(shè)備造成極大的損壞。通常來說解決共振問題需要從三個(gè)方面入手：振源、傳遞路徑、振動(dòng)體。其中振源的改變有兩種方法，一是改變激振力的頻率，二是改變激振力的大小；傳遞路徑的改變主要是通過改變傳遞元件自身的大小、形狀；振動(dòng)體是指發(fā)生共振的元件或系統(tǒng)，改變振動(dòng)體就是通過改變彈簧剛度、集中慣量單元的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改變振動(dòng)體的固有頻率，從而避免發(fā)生較大的共振。

1.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)有限元分析的理論分析

對(duì)大型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行的有限元分析，需要對(duì)有限元模型的修改理論進(jìn)行推導(dǎo)，其中扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特征值靈敏度計(jì)算和模態(tài)匹配分析是理論推導(dǎo)的最重要組成部分，下面是具體的推導(dǎo)過程：

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，利用這種計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)大型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行分析，有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）基于靈敏度分析的模型改變是可行的；（2）使用此種方法對(duì)模型修改，從而對(duì)系統(tǒng)不發(fā)生共振的可靠度進(jìn)行不確定性分析，效果非常好；（3）通過模型修改和不確定性分析的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生共振。

2 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)大型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了有限元分析，并對(duì)系統(tǒng)模型的修改和不確定性分析理論進(jìn)行詳細(xì)的論述，為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)分析提供了一個(gè)新的思路。

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