機(jī)械傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的有限元分析探討

摘 要：對于大型機(jī)械的傳動系統(tǒng)來說，扭轉(zhuǎn)振動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機(jī)械傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行具體的研究，并基于靈敏度分析對傳動系統(tǒng)的模型進(jìn)行了修改，最后分析了扭轉(zhuǎn)振動頻率的概率分布，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)振動可靠度，為研究人員對機(jī)械傳動系統(tǒng)的振動分析提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)械傳動系統(tǒng)；有限元分析；扭轉(zhuǎn)振動；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，對其動力傳遞系統(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，不僅勞動量大、效率低，而且往往因?yàn)楹喕^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)對其傳動系統(tǒng)的動力學(xué)特性進(jìn)行仿真模擬，對傳動系統(tǒng)的傳動型式、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)的傳動效果。基于這些方面的考慮，對大型機(jī)械傳動系統(tǒng)的有限元分析，對系統(tǒng)的性能、傳遞方式、振動、固有頻道等進(jìn)行分析研究，具有很重要的理論價值和社會效益。文章對機(jī)械傳動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行了具體的探討，尤其對系統(tǒng)的固有頻率、振動以及不發(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，同時為傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的有限元分析的研究者提供了思路。

1 機(jī)械傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的有限元分析探討

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

傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動問題是現(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)械傳動系統(tǒng)是一個連續(xù)、復(fù)雜的質(zhì)量系統(tǒng)，很難進(jìn)行模型簡化和計(jì)算。目前工程機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種扭轉(zhuǎn)振動模型是當(dāng)量扭轉(zhuǎn)振動系統(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，軸的剛度按兩個集中質(zhì)量件的有效長度計(jì)算，忽略齒輪以及輪齒的彈性，從而得到一個包含慣量、彈簧、阻尼的集中質(zhì)量模型。

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

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

對于復(fù)雜機(jī)械傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動來說，共振是對傳動系統(tǒng)破壞最大的，也是任何一個機(jī)械傳動系統(tǒng)極力避免的。在整個傳動系統(tǒng)中，每個元件和系統(tǒng)都有固有頻率，傳動系統(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)，就會發(fā)生嚴(yán)重的共振問題，對設(shè)備造成極大的損壞。通常來說解決共振問題需要從三個方面入手：振源、傳遞路徑、振動體。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；振動體是指發(fā)生共振的元件或系統(tǒng)，改變振動體就是通過改變彈簧剛度、集中慣量單元的轉(zhuǎn)動慣量改變振動體的固有頻率，從而避免發(fā)生較大的共振。

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

對大型機(jī)械傳動系統(tǒng)進(jìn)行的有限元分析，需要對有限元模型的修改理論進(jìn)行推導(dǎo)，其中扭轉(zhuǎn)振動特征值靈敏度計(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)仿真方法對大型機(jī)械傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行分析，有三個優(yōu)點(diǎn)：（1）基于靈敏度分析的模型改變是可行的；（2）使用此種方法對模型修改，從而對系統(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)械傳動系統(tǒng)不會發(fā)生共振。

2 結(jié)束語

文章對大型機(jī)械傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行了有限元分析，并對系統(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)械傳動系統(tǒng)進(jìn)行振動分析提供了一個新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]項(xiàng)昌樂，廉曉輝，周連景.針對實(shí)際傳動系統(tǒng)的靈敏度分析和動力學(xué)修改[J].中國機(jī)械工程，2006，17（3）：325-328.

[2]謝誕梅，劉占輝，楊長柱，等.汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭轉(zhuǎn)振動對機(jī)械參數(shù)的敏感性分析[J].動力工程，2005，25（4）：462-482.

[3]趙賡，鄧江華，王海洋.傳動系部件扭轉(zhuǎn)剛度對后驅(qū)動系扭振模態(tài)的影響[J].噪聲與振動控制，2011，31（5）：49-52.