基于模态测试与分析的齿轮箱测点优化

海上风力发电用齿轮箱的稳定性分析与优化随着可再生能源的发展和应用，海上风力发电已经成为一种广泛应用的清洁能源解决方案。

在海上风力发电系统中，齿轮箱作为传动装置的核心组成部分，起着十分重要的作用。

本文将对海上风力发电中使用的齿轮箱的稳定性进行分析和优化。

首先，我们需要了解海上风力发电齿轮箱的工作原理。

海上风力发电系统一般由风机组、转换装置和电力系统组成。

风机组通常由叶片、轴承、齿轮箱和发电机等组件构成。

风力通过叶片驱动转子旋转，转子通过轴承与齿轮箱相连，齿轮箱进一步将转速提高并传递给发电机，从而产生电能。

齿轮箱在这个过程中承担着承载和传动动力的重要任务。

齿轮箱的稳定性主要包括结构强度和运行稳定性两个方面。

结构强度是指齿轮箱的承载能力以及抗扭转、抗弯曲等方面的能力。

运行稳定性是指齿轮箱在风力发电系统运行过程中的振动和噪声等方面的性能。

在进行齿轮箱的稳定性分析和优化之前，首先需要对齿轮箱的破坏模式进行了解。

常见的齿轮箱破坏模式包括齿面疲劳、齿轮断裂、轴承损坏等。

这些破坏模式可能会导致齿轮箱的失效，并对风力发电系统的正常运行产生重大影响。

因此，优化齿轮箱的设计和材料选择以及有效的监测和维护非常重要。

针对齿轮箱的结构强度分析，可以通过有限元分析来评估齿轮、轴和壳体等部件的应力和变形情况。

通过这些分析数据，可以评估齿轮箱的疲劳寿命，并设计出合适的强度和刚度来承受风力发电系统的工作负载。

此外，还可以通过选择高强度材料、合理分布齿轮的载荷等方式来优化齿轮箱的结构强度。

对于齿轮箱的运行稳定性分析，需要对其振动和噪声进行评估。

风力发电系统中的齿轮箱一般会产生较大的振动和噪声，对环境和工作人员都造成一定的影响。

通过对齿轮箱的振动和噪声进行监测和分析，可以找出问题所在，并采取相应的措施进行优化。

例如，在齿轮箱中加入吸振材料、优化齿轮配齿、可调节齿轮间隙等方式都可以有效减少齿轮箱的振动和噪声。

实际上，对海上风力发电用齿轮箱进行稳定性分析和优化是一个复杂的工程问题。

基于改进响应面法的齿轮可靠性优化分析目录一、内容概要 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的与任务 (4)二、齿轮可靠性理论基础 (6)1. 齿轮可靠性概述 (7)2. 齿轮失效模式与机制研究 (8)3. 齿轮可靠性设计准则 (9)三、响应面法基本原理及改进 (10)1. 响应面法概述 (12)2. 响应面模型建立 (13)3. 响应面法优化流程 (14)4. 改进响应面法介绍 (15)四、齿轮可靠性优化模型建立 (16)1. 问题描述与定义 (18)2. 建立齿轮可靠性优化模型 (19)3. 模型参数设置与选取 (20)五、基于改进响应面法的齿轮可靠性优化分析过程 (21)1. 数据准备与预处理 (22)2. 建立改进响应面模型 (23)3. 可靠性优化分析 (25)4. 结果验证与讨论 (26)六、实例研究 (27)1. 研究对象介绍 (28)2. 齿轮可靠性优化模型应用 (29)3. 结果分析与对比 (29)七、齿轮可靠性优化设计的未来发展与展望 (30)1. 发展趋势 (32)2. 技术挑战与解决方案 (33)3. 行业应用前景 (34)八、结论 (36)1. 研究成果总结 (36)2. 对未来研究的建议 (37)一、内容概要本篇论文题为《基于改进响应面法的齿轮可靠性优化分析》，主要探讨了在齿轮设计中如何通过改进响应面法来提高其可靠性。

随着现代工业的飞速发展，齿轮作为机械传动的关键部件，其性能优劣直接影响到整个系统的稳定性和效率。

开展齿轮可靠性优化分析具有重要的现实意义和工程价值。

论文首先介绍了响应面法的基本原理和常用方法，指出传统响应面法在处理复杂非线性问题时存在一定的局限性。

论文提出了改进的响应面法，通过引入新的数学模型和求解策略，有效提高了计算精度和效率。

在齿轮可靠性优化分析方面，论文建立了综合考虑齿轮强度、刚度、振动噪声等多个因素的可靠性指标函数。

学号:08507019⑧还比衣林弟妆大学20：U届本科生毕业论文（设计）题目：基于ANSYS的齿轮模态分析学院（系）：机械与电子工程学院专业年级：机制072班______________学生姓名: 何旭栋指导教师:合作指导教师:完成日期：2011-06-第一章绪论........................................................................ -1 - 1.1课题的研究背景和意义......................................................... -1 - 1.2齿轮弯曲应力研究现状......................................................... -1 - 1.3齿面接触应力研究现状 ........................................................ -2 - 1.4齿轮固有特性研究现状......................................................... -2 - 1.5论文主要研究内容............................................................. -3 - 第二章齿轮三维实体建模............................................................ -3 - 2.1三维建模软件的选择.......................................................... -3 - 2.2齿轮参数化建模的基本过程..................................................... -4 - 2.3利用pro/e对齿轮进行装配..................................................... -5 - 第三章齿轮弯曲应力有限元分析..................................................... -6 - 3.1齿轮弯曲强度理论及其计算 .................................................... -6 -3. 1. 1齿轮弯曲强度理论......................................................... -6 -3. 1. 2齿形系数的计算方法....................................................... -7 - 3.2齿轮弯曲应力的有限元分析..................................................... -8 -3.2. 1选择材料及网格单元划分 .................................................. -8 -3. 2. 2约束条件和施加载荷....................................................... -8 -3.2.3计算求解及后处理......................................................... -9 - 3.3齿轮弯曲应力的结果对比...................................................... -12 - 第四章齿轮接触应力有限元分析.................................................... -13 -4.1经典接触力学方法........................................................... -13 - 4.2接触分析有限元法思想........................................................ -14 - 4.3 ANSYS有限元软件的接触分析................................................. -16 -4.3. 1 ANSYS的接触类型与接触方式............................................ -16 -4.3. 2 ANSYS的接触算法...................................................... -16 - 4.4齿轮有限元接触分析.......................................................... -17 -4.4. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... -17 -4.4.2定义单元属性和网格划分................................................ -17 -4.4.3定义接触对............................................................ -18 -4.4.4约束条件和施加载荷.................................................... -18 -4.4. 5定义求解和载荷步选项................................................ -19 -4.4.6计算求解及后处理...................................................... -19 - 4.5有限元分析结果与赫兹公式计算结果比较 .................................... -21 - 第五章齿轮模态的有限元分析...................................................... -22 -5.1模态分析的必要性........................................................... -22 - 5.2齿轮的固有振动分析.......................................................... -22 - 5.3模态分析理论基础............................................................ -22 - 5.4模态分析简介................................................................ -24 -5.4. 1模态提取方法........................................................... -24 -5. 4.2模态分析的步骤.......................................................... -25 - 5.5齿轮的模态分析........................................................... -25 -5.5. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... - 25 -5.5.2定义单元属性和网格划分............................................... -25 -5. 5.3加载及求解........................................................... -26 -5. 5.4扩展模态和模态扩展求解............................................... - 26 -5. 5. 5查看结果和后处理..................................................... -27 - 5.6 ANSYS模态结果分析...................................................... - 28 - 第六章全文总结与展望.......................................................... -31 -6. 1全文总结................................................................. -31 - 6.2本文分析方法的优点....................................................... -31 - 6.3本文缺陷及今后改进的方向................................................. -32 - 参考文献...................................................................... -33 - 附录1外文翻译................................................................ -34 - 附录2 GUI操作步骤............................................................ -41 - 致谢........................................................................... -45 -绪论第一章绪论1.1课题的研究背景和意义本文研究的对象是履带式拖拉机变速箱齿轮。

齿轮系统动力学特性分析与优化设计一、引言齿轮系统作为机械传动中最常见的一种形式，在工程领域中广泛应用。

其优点在于传动效率高、承载能力强、传动精度高等特点，因此在各种机械设备中都有着重要的地位。

然而，齿轮传动过程中的动力学特性对系统的性能具有直接的影响。

因此，对齿轮系统的动力学特性进行分析与优化设计非常重要。

二、齿轮系统的动力学特性齿轮传动系统的动力学特性主要包括齿轮的振动、动力和动态响应等方面。

首先，齿轮的振动是指齿轮在传动过程中由于受到外界激励而发生的振动现象。

这种振动可能引起噪声和振动，对整个机械系统产生不利影响。

其次，齿轮的动力是指齿轮传递的力矩大小和方向。

传动中的力矩产生与分布不均匀会导致齿轮系统运行不稳定，从而降低传动效率。

最后，齿轮的动态响应是指齿轮在传动过程中对外界激励的响应。

这种响应可能导致齿轮的冲击或滑动，进而加剧齿轮的磨损和故障。

三、齿轮系统动力学特性分析方法为了对齿轮系统的动力学特性进行准确分析，研究人员采用了多种方法。

其中，有限元方法是一种常用的分析方法。

通过对齿轮系统进行离散建模，将连续问题转化为离散问题，并通过数值计算方法求解齿轮系统的动力学响应。

通过有限元分析，可以得到齿轮的振动模态、动力传递特性和动态响应等信息，从而为系统的优化设计提供参考依据。

此外，还有基于试验模态分析的方法和数学模型法等，这些方法都可以辅助分析齿轮系统的动力学特性。

四、齿轮系统动力学特性的优化设计在进行齿轮系统的优化设计时，需要从多个方面考虑，以提高系统的性能和可靠性。

首先，可以通过选用适当的材料和热处理工艺来提高齿轮的强度和硬度，从而增强齿轮的承载能力。

其次，可以采用特殊的齿轮副配置以减小齿轮的振动和噪声。

例如，采用斜齿轮副代替直齿轮副，可以降低噪声和振动，提高传动效率。

此外，还可以通过优化齿轮的几何参数和齿轮副的啮合参数，来改善传动的动力学特性。

通过合理设计齿轮的齿形和啮合角、减小齿轮端面接触弧等方式，可以降低齿轮的冲击和滑动，提高传动效率和可靠性。

基于ABAQUS 的直齿圆柱齿轮模态分析余西伟（上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072）摘要:齿轮是最常用的零部件之一，起到了传递扭矩的作用。

为了研究齿轮固有频率和振型的影响因素，改善齿轮的动态特性，本文运用SolidWorks 三维建模软件建立齿轮建模，并运用ABAQUS 和振动分析理论对模型进行模态分析，用Lanczos 算法提取固有频率，得到齿轮的模态和振型，为优化齿轮的结构设计提供支持。

关键词:模态分析;ABAQUS;固有频率;振型Modal Analysis of Spur Gear Based on ABAQUS(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract: T he gear is one of the most common parts, transferring the torque effect. In order to research the factors affecting the gear’s natural frequency and vibration mode and improving the dynamic characteristics.The gear model established by 3D model software SolidWorks was carried on modal analysis by the software ABAQUS and the vibration analysis theory. The modal andvibration model was extracted by using Lanczos algorithm ,providing support for the optimization design of gear.Key words: modal analysis; ABAQUS; natural frequency; vibration mode0引言齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。

机械设备的模态分析与优化设计随着科技的不断发展，机械设备在工业生产中扮演着重要角色。

为了提高机械设备的效率和稳定性，模态分析与优化设计这一重要技术应运而生。

本文将对机械设备的模态分析和优化设计进行探讨。

一、模态分析模态分析是研究机械设备振动特性的一种方法。

它通过对机械结构进行振动测试和模态识别，得到结构的固有频率、模态形态和振动模态等信息。

模态分析有助于揭示机械设备存在的问题，如共振、应力集中和稳定性等，并为优化设计提供依据。

机械设备的模态分析通常涉及使用高精度传感器进行振动测量，采集设备在不同工况下的振动数据。

这些数据经过信号处理和频谱分析等处理手段，得到设备的频率响应曲线和振动模态图。

通过分析与对比这些数据，可以确定设备的固有频率和主要振动形态，识别可能存在的问题和缺陷。

二、优化设计模态分析为机械设备的优化设计提供了重要的依据。

优化设计旨在提高设备的性能、减少振动和噪声、延长使用寿命等。

在模态分析的基础上，可以对机械设备的结构进行调整和改进，以优化其振动特性。

优化设计的方法有很多种，例如材料优化、结构优化和参数优化等。

在材料优化方面，可以选择适合的材料，以提高设备的刚性和耐久性。

在结构优化方面，可以通过调整连杆、减小轴承间隙等方式，改善设备的振动特性。

在参数优化方面，可以通过对传动系统的参数进行调整，以减少设备的共振现象。

三、模态分析与优化设计的应用模态分析与优化设计广泛应用于各个领域的机械设备中。

比如，在汽车制造领域，通过对发动机和底盘等关键部件进行模态分析和优化设计，可以提高汽车的舒适性和安全性。

在航空航天领域，通过模态分析和优化设计可以降低飞机的振动水平，提高飞行稳定性和燃油效率。

在工业制造领域，通过对机械设备的结构和参数进行模态分析和优化设计，可以提高生产效率和产品质量。

结语机械设备的模态分析与优化设计是提高设备性能和可靠性的重要手段。

通过模态分析可以了解设备的振动特性，发现潜在问题和缺陷，并为优化设计提供依据。

减速器传动系统模态分析及参数优化减速器是现代机械设备中常用的动力传动装置，广泛应用于各种机械领域。

为了确保减速器传动系统的稳定性和性能，模态分析及参数优化是必不可少的步骤。

本文将探讨减速器传动系统的模态分析方法，并介绍一种有效的参数优化策略。

一、模态分析的基本原理模态分析是一种通过分析机械系统振动特性的方法，可以帮助我们理解系统的固有频率、振型和阻尼比等参数。

对于减速器传动系统，模态分析能够帮助我们发现系统中的共振问题、结构松动以及其他潜在的故障。

常见的模态分析方法包括有限元分析法和试验模态分析法。

有限元分析法基于数学模型，通过分析材料的力学性能、节点位置和约束条件等参数，可以计算出系统的振动特性。

试验模态分析法则是通过实际的试验数据，利用专业仪器设备对系统进行测量，得到系统的振动响应和特征频率。

二、减速器传动系统的模态分析方法在进行减速器传动系统的模态分析之前，需要先建立准确的有限元模型。

有限元模型应该包括减速器的结构和材料参数，以及传动系统中的所有连接件和机械部件。

通过有限元分析软件对模型进行加载和求解，可以得到系统的固有频率和振型。

同时，在试验模态分析时，建议在真实工况下对减速器传动系统进行测试。

通过在传动系统的关键部件上安装振动测量仪器，可以记录系统在运行过程中的振动响应。

通过信号处理和数据分析，可以确定系统的共振频率和振型。

这些结果可以与有限元分析的结果进行对比，验证模型的准确性。

三、参数优化策略一旦获得了减速器传动系统的模态分析结果，就可以通过参数优化来改善系统的性能。

参数优化的目标是使系统的固有频率远离激励频率，在工作范围内避免共振现象的发生。

同时，还可以调整参数以提高系统的动态性能和可靠性。

常见的参数优化策略包括改变减速器的结构材料、调整传动系统的刚度、优化系统中的阻尼装置等。

通过改变这些参数，可以获得更稳定、更高效的传动系统。

四、结论减速器传动系统的模态分析及参数优化是确保系统稳定性和性能的重要步骤。

基于Workbench的齿轮啮合刚度研究及优化摘要：本研究通过深入的实验和有限元分析，探讨了在Workbench中齿轮啮合刚度的变化趋势，并提出了优化方案。

首先，分析了不同材料、几何参数和润滑条件对齿轮啮合刚度的影响。

在此基础上，针对齿轮系统的性能需求，提出了材料优化、几何参数调整、润滑方案优化以及振动和噪声控制等一系列优化方案。

同时，强调了这些优化方案在提高机械系统性能、减少维护成本和降低环境影响方面的潜在应用价值。

关键词：齿轮啮合刚度，材料优化，几何参数，润滑方案1、引言齿轮传动系统作为机械工程领域中至关重要的一部分，在各种工业应用中扮演着关键的角色。

它们用于传递动力、扭矩和速度，涵盖了从汽车到风力涡轮机等广泛的应用领域。

齿轮的性能和可靠性对整个机械系统的运行效率和稳定性具有重要影响。

齿轮的啮合刚度是决定其性能的一个关键参数。

啮合刚度影响着齿轮系统的刚性，进而影响到传递扭矩的能力、运行精度以及噪声水平。

因此，对于工程师和研究人员而言，深入了解齿轮啮合刚度的变化趋势，以及如何优化齿轮系统以满足不同工作条件下的性能要求，具有重要意义。

本研究的目的是通过有限元分析和实验数据的综合研究，探讨Workbench中齿轮啮合刚度的关键因素，并提出相应的优化策略。

通过这一研究，旨在为工程师提供更有效的齿轮系统设计和优化策略，以应对不断变化的机械工程挑战。

2、文献综述齿轮传动作为机械工程领域中不可或缺的元件，其性能与啮合刚度密切相关。

啮合刚度作为齿轮传动系统的关键参数，直接影响着机械系统的动态性能和稳定性。

因此，对于齿轮啮合刚度的研究和优化一直是工程领域的热点问题。

本文将在最近几年的文献的基础上，对于Workbench中的齿轮啮合刚度进行深入探讨。

过去几年中的研究表明，齿轮材料和制造工艺对于齿轮啮合刚度具有显著影响。

不同材料的机械性能和热特性导致了啮合刚度的差异。

研究人员通过实验和模拟研究，不断优化材料选择和制造工艺，以提高齿轮传动系统的性能。

作者：海军工程大学王基吴新跃朱石坚摘要：某多输入双级传动齿轮箱是舰船振动与噪声的主要根源之一。

文中在建立齿轮箱的试验模型后,采用固定锤击点改变测量点法采集各点的冲击数据和响应数据,在对同类型两部齿轮箱的模态试验的结果分析的基础上,通过对比找到了其中一部齿轮箱振动噪声增大的原因,经过对该齿轮箱的开箱测检结果表明,其分析结论是正确的。

对该型舰船齿轮箱的故障诊断、提高其可靠性和维修性,具有重要的指导意义。

关键词：齿轮箱; 振动; 噪声; 模态试验舰船齿轮箱不仅要求传递功率大、体积小、重量轻,还要求其振动小、噪声低[1 ] ,齿轮箱能否正常工作会影响整个系统的工作特性,齿轮箱本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生舰船辐射噪声的主要根源,继而直接影响舰船的战斗力。

某型舰船的多输入双级传动齿轮箱存在着较大的振动和噪声,表现为振动量级超大和有啸叫声,这一现象在其它同型齿轮箱中少见,通过对该型舰船齿轮箱箱体的模态对比测试,测试结果发现了某型舰船齿轮箱产生噪声振动的故障原因,并采取了相应的措施,排除了故障。

1 齿轮箱的振动信号分析从故障齿轮箱中录取信号,经数字信号分析,从中提取故障信息,是机器设备状态监测和故障诊断的有效方法[2 ,3 ] 。

振动信号的结构成分反映齿轮箱的振动特征及故障性质。

为此,通过对同型的两座齿轮箱的振动信号的拾取及分析对比,查找齿轮箱的主要故障源及其传递途径。

在齿轮箱上共布置了六个测点,测点布置在齿轮箱体罩壳轴承测温计的凸台上,测点如图1 所示。

图1 齿轮箱测点布置同时,还用声级计测试空气噪声,并分析其频谱,比较其与箱体振动的相关性。

主要测试仪器有: Kistler 8702250 加速度传感器、Kistler 5124A 放大器、TEAC TD2135 T 数据记录仪、HP25670 动态信号分析仪和QUEST MODEL 1800 声级计。

从齿轮箱的振动频谱图分析,其振动频谱的主频率为二级齿轮副的啮合频率及其倍频。

大型齿轮箱的结构分析与优化的开题报告一、选题背景大型齿轮箱是经济发展和科技进步的一个重要产物，广泛应用于各个领域，如风力发电、水力发电、汽车、机械制造等。

齿轮箱的结构设计和优化，能够显著提高设备的可靠性、寿命、运行效率和安全性等方面的指标，具有非常重要的实际意义。

二、研究目的本文旨在通过对大型齿轮箱的结构进行分析和优化，提高其动力传输效率和工作性能，减少故障率和维护成本，提高设备的生产效率和经济效益。

三、研究内容和方法（1）齿轮箱结构分析：通过对大型齿轮箱的结构和工作原理的研究，分析其存在的问题和不足，并探讨改进方案。

（2）材料选用和制造工艺分析：对齿轮箱采用的材料进行分析和选择，同时分析其制造工艺，找出存在的问题和改进的空间。

（3）应力分析和优化设计：通过有限元分析等手段，对齿轮箱的应力状态进行模拟和分析，探究结构的疲劳寿命和安全保障，同时进行优化设计，提高其性能和寿命。

四、研究意义和价值（1）完善大型齿轮箱的结构设计，改进其不足，提高其动力传输效率和工作性能，降低故障率和维护成本，提高生产效率和经济效益。

（2）针对大型齿轮箱的材料和制造工艺进行分析和研究，找出存在的问题，探究改进方案，优化制造工艺，提高质量和性能。

（3）通过应力分析和优化设计，提高大型齿轮箱的寿命和安全性，为相关行业提供有力的技术支持和保障。

五、研究进度安排（1）研究内容和方法的具体制定：2021年9月至2021年10月。

（2）齿轮箱结构分析和材料选用和制造工艺分析：2021年11月至2022年2月。

（3）应力分析和优化设计：2022年3月至2022年8月。

（4）论文撰写和修改：2022年9月至2022年10月。

六、预期成果通过对大型齿轮箱的结构分析和优化研究，预计可以提出更加科学合理的结构设计方案，改善其不足，提高其性能和寿命。

同时，探究齿轮箱的制造工艺和材料选用方面的问题，提出解决方案，为相关行业的发展和进步提供有效的支持和保障。

文章编号:1009-3486(2004)06-0083-06齿轮箱振动测试与分析Ξ程广利1,朱石坚1,黄映云1,王　基2,伍先俊1(1.海军工程大学振动与噪声研究所,湖北武汉430033;2.海军工程大学动力工程学院,湖北武汉430033)摘　要:在对某型齿轮箱的模态、振动烈度和振动加速度进行测试的基础上,详细分析了测试结果.模态测试得到了齿轮箱的振型和模态参数,振动烈度测试结果表明该齿轮箱处于良好工作状态,振动加速度测试结果显示该齿轮箱的减振措施达到了预期的效果.最后,对测试提出了建议.关键词:齿轮箱;振动;模态测试;振动烈度;振动加速度中图分类号:TH132.41 文献标识码:AVibration measurement and analysis of gearboxCHEN G Guang 2li 1,ZHU Shi 2jian 1,HUAN G Y ing 2yun 1,WAN G Ji 2,WU Xian 2jun 1(1.Inst.of Noise &Vibration ,Naval Univ.of Engineering ,Wuhan 430033,China ;2.Power Eng.College ,Naval Univ.of Engineering ,Wuhan 430033,China )Abstract :On the basis of the measurement of model ,vibration severity and vibration acceleration of a cer 2tain kind of gearbox ,the measurement results are presented in detail.The result of modal mea 2surement gets the vibration model and modal parameters of the gearbox ,and the result of vibration severity mea 2surement makes it clear that the gearbox is in good condition ,and the result of vibration acceleration 2measurement indicates that the vibration reduction reaches the prospective effect.Some advice for the mea 2surement is given finally.K ey w ords :gearbox ;vibration ;modal measurement ;vibration severity ;vibration acceleration现代舰船动力装置的数量和类型繁多,而各设备的重要程度差别较大,其中保障包括主动力和齿轮箱等在内的对舰船航行影响较大的机械设备的正常运行就显得更加重要.齿轮箱本身的振动以及由轴系传来的齿轮的振动都是产生舰船辐射噪声的主要根源[1].研究齿轮箱的振动时,除了要了解系统的激励因素外,还要知道齿轮箱的固有振动特性[2].由于振动监测分析法具有诊断速度快、准确率高和能够实现在线诊断等特点,所以它是对齿轮箱进行故障诊断最有效、最常用的方法.其中试验是振动监测分析法的一个重要的途径,通常的试验包括模态试验和航行振动试验[3].模态测试是在静态、无任何运行影响的条件下进行的,可以得到齿轮箱的固有特性.振动烈度是衡量齿轮箱在实际运行过程中振动强弱的指标.振动加速度则反映了齿轮箱的振动传递特性.作者在对某型齿轮箱的模态、振动烈度和振动加速度进行实际测试的基础上,详细分析了测试的结果.由于该齿轮箱体积庞大、结构复杂,且已经安装在舰艇上,导致测试中存在测试点数目多、测试环境限制条件多等不利因素,对于此类大型齿轮箱尚无振动测试的全面资料,所以此次测试意义重大,为该型齿轮箱的保养和维修提供了第一手资料.1　齿轮箱模态测试和分析对齿轮箱进行模态分析或实验模态分析为其动态特性、结构设计和性能评估提供了一个强有力的　第16卷　第6期　2004年12月 海军工程大学学报　JOURNAL OF NAVAL UN IV ERSIT Y OF EN GIN EERIN G Vol.16　No.6　Dec.2004　Ξ收稿日期:2004206208;修订日期:2004207212作者简介:程广利(19762),男,硕士生.工具,可靠的实验结果往往作为产品性能评估的有效标准[4].根据模态测试的结果可进行模态参数识别,其主要任务是从测试所得的数据中确定振动系统的模态参数,其中包括模态固有频率、模态阻尼比和振型等.同时在实际工作中还可利用模态参数等结果进行故障判别,使其日益成为一种有效的故障诊断和安全检测方法.1.1　模态试验理论试验模态测试的基本原理是将齿轮箱箱体离散化,箱体的振动可以假设为具有n 自由度的线弹性振动系统,其振动微分方程表示为[5]:M x ・・(t )+C x ・(t )+K x (t )=P (t )(1)式中:M 、C 、K 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,各为n ×n 阶的实对称矩阵;x (t )、x・(t )、x ・・(t )分别为系统位移、速度和加速度响应列向量,各为n 阶;P (t )为n 阶激振力列阵.将(1)式两边分别作傅立叶变换,令x (t )=X e j ωt 可得到X (ω)=H (ω)P (t )(2)式中:H (ω)为位移频向函数矩阵.当在i 坐标激振,j 坐标测量的频率响应函数为:H ji (ω)=∑nr =1φjr φirω2M r +jωC r +K r (3)但在实际测试中,一般通过功率谱密度来求得系统的频率响应函数如下式[6]:H (ω)=G PX (ω)G PP (ω)(4)式中:G PX (ω)、G PP (ω)分别为输入输出互功率谱密度和自功率谱密度.采用互谱分析多次平均后可减少噪声,利于模态识别.　图1　模态测试分析系统框图1.2　测试方案本次测试采用锤击模态测试方法,即单点敲击单点测响应,固定敲击点移动响应点的测试方法.要求力锤敲击时没有连击,用力大小均匀且测试对象响应适中,每点平均锤击4次,信号大小满足信噪比.选择敲击点要避开节点、接近区域几何中心等因素.为了避免因响应点选择不当可能造成的模态泄漏,响应点应选择在非对称轴线(或对称平面上),并经多次初步反复测试后确定.该齿轮箱采用减振橡胶器弹性隔振方式,所以测试中采用原装支承方式.系统的采用频率分别采用2000Hz 和5000Hz.模态测试分析系统框图如图1所示.1.3　测点布置 为了对齿轮箱的模态进行测试,首先对齿轮箱进行结构分析和几何尺寸测绘,并对其进行初步有限元计算和固有频率分布范围估计.预估结果表明由上下箱体组成的齿轮箱的上箱体各阶模态较为密集,所以在上箱体布置了416个测点,下箱体布置了96个测点,共计512个测点.布点原则是保证可以激发出齿轮箱体的各阶模态,对于轴承座等重要部位以及能够引发较大噪声的部位多布点.在箱体上标出各测点的位置,并逐一进行编号.舰艏端轴侧测点布置图(前端面和左立面)如图2所示.・48・海　军　工　程　大　学　学　报 第16卷　图2舰艏端轴侧测点布置图(前端面和左立面)1.4　数据处理和分析用U TEK 系统中通过U TEKSS 数据采集处理与分析软件包对所采集的数据进行处理,建立该齿轮箱工程数据.向U TEK 系统U TEKMA 结构模态分析软件包中输入各测点坐标,连线使之形成模态几何网格.模态分析计算过程中,采用实模态分析法.根据固有频率的密集程度,选择适当带宽,进行初始估计,然后进行整体曲线拟合,求出频响函数,并对模态振型进行综合化处理,即对测量方向、约束方程和模态振型按模态质量归一化处理.通过上面的数据处理后,可以获得如表1所示的1100Hz 以内前18阶模态的模态参数.表1　1100H z 以内有前18阶模态的模态参数模态阶数频率/Hz阻尼比/%11325.421712.332185.442413.052905.463584.673925.484704.595372.7模态阶数频率/Hz阻尼比/%106093.6116753.1127732.7138132.7148893.6158991.9169423.6179692.71810042.3 从分析得到的振型图来看,1阶振型大体沿轴向摆动;2阶振型情况不定;3阶振型大体沿横向摆动;4阶振型大体绕垂向扭转,其它振型皆是上述振型的复合运动.从振型动画图3(a )和(b )来看,齿轮箱上箱体的振动远比下箱体的振动大,这与预估的结果是一致的.轴承座位于上箱体,所以上箱体的大幅度振动使得轴承座的振动也比较大,这就使得齿轮在运转过程中的对中受到影响,进而敲击齿面引发振动与噪声,这也是齿轮箱产生振动与噪声的一个重要根源,在对齿轮箱进行振动控制时要对其进行相应的处理.・58・　第6期　程广利等:齿轮箱振动测试与分析 　图3　振型动画图2　齿轮箱振动烈度测试和分析振动烈度是指在机组测点上测得的3个正交方向上振动速度有效值的向量和的模.它是衡量机组振动强弱的指标,可以用来评价隔振后机组振动是否满足规定的要求,实际上它反映的是测点上机组振动能量的大小[1].图4　某型舰主汽轮机及减速齿轮箱测点布置示意图本次测试仪器采用B &K2513测振仪.测试环境为3级海况以下、直线航行,非航行必须启动设备处于关闭状态,齿轮箱处于正常、稳定工作状态.测试工况依次分别为双车进四、主轴转速为150r/min ;双车进三、主轴转速为105r/min ;单车进三、主轴转速为105r/min ;单车进四、主轴转速为150r/min.分别在机脚、轴承盖、齿轮箱顶部等能反映齿轮箱振动全貌的位置处布置10个测点,对其进行逐一编号,要求各测点无明显局部振动,测点布置如图4所示(图中左为主汽轮机,中间为轴承座,右为齿轮箱).测试分析频率范围为10Hz 到1000Hz.通过计算得出该齿轮箱测试各工况下的振动烈度依次是1.18mm/s ,1.21mm/s ,0.60mm/s ,1.16mm/s ,按照G B11347-89《大型旋转机械振动烈度现场测量与评定》考察,该齿轮箱振级评定为A 级,机器处于良好工作状态.工况为单车进三、主汽轮机转速105r/min 的各点各方向的振动速度如表2所示.表2　工况为单车进三、主汽轮机转速105r/min 的各点各方向的振动速度测点号垂向振动速度V 垂/mm ・s -1纵向振动速度V 轴/mm ・s -1横向振动速度V 横/mm ・s -110.350.300.3520.450.400.4030.350.55-40.300.500.2650.300.260.1860.180.260.2270.300.28-80.700.40-90.350.400.30100.50-0.35测点数目N i1097各向振动速度平均值∑V iN i0.380.370.29 注:表中“-”表示由于机械结构原因,该点此方向上不能测量到振动速度.・68・海　军　工　程　大　学　学　报 第16卷　 按照H JB 38.75-90《常规动力潜艇系泊、航行试验规程———机组振动》评定,该设备属于第四类,振级评定为A 级,机器处于良好工作状态.对各测点测试结果进行比较后,发现振动烈度较大的点大都集中在轴承座附近.3　齿轮箱加速度测试和分析齿轮箱是形成水噪声主要来源之一,极大地影响了舰船的隐蔽性,所以要实测齿轮箱机脚的振动能量大小和隔振效果.通常通过测量齿轮箱1/3倍频程加速度振级来衡量齿轮箱机脚的振动能量大小,通过测量齿轮箱的单层隔振装置加速度振级落差对其隔振效果进行评估.振级落差是指被隔振设备振动响应有效值与对应基础响应有效值之比的常用对数的20倍[1].测试环境和测试工况同振动烈度测试.测试仪器包括丹麦B &K4371加速度传感器、B &K 2635电荷放大器、美国DP104动态信号采集及分析系统.在机组机脚四周靠近隔振器安装点处选取5个测点(称为上测点),对应每个机脚测点选取舰体安装基座测点(称为下测点).参照标准为G JB763.4-89《舰船设备结构振动加速度测量方法》和G JB763.2-89《舰船噪声限值和测量方法———舰船设备结构振动加速度验收限值》.频率范围为10Hz 到10000Hz.3.1　齿轮箱1/3倍频程加速度振级测试结果和分析根据G JB763.2-89可知齿轮箱属第三类设备,结构振动加速度验收限值为105μm/s 2.从各工况上测点结构振动加速度1/3倍频程谱图可知,在400Hz 以下的低频段各工况绝大多数上测点结构振动加速度1/3倍频程中心频率的加速度振级在验收限值以内.工况为单车进三、主轴转速为105r/min 时5号测点加速度振级实际测量值与限值比较如图5所示.图5　单车进三、主轴转速为105r/min 时5号测点加速度振级实际测量值与限值的比较图3.2　齿轮箱的单层隔振装置加速度振级落差测试结果和分析在各工况下齿轮箱单层隔振装置隔振效果(振级落差)依次为19.3dB ,13.4dB ,17.6dB ,17.0dB ,参照标准可知齿轮箱处于正常工作状态.4　结　论(1)从模态实验分析的结果看,该型齿轮箱的频率比较密集,这与其复杂结构是相对应的;通过比较测得的固有频率来看,其固有频率都不在传动系统的共振区;振动烈度测试结果表明该齿轮箱处于良好工作状态;齿轮箱1/3倍频程加速度振级测试结果表明该齿轮箱机脚的振动符合标准;齿轮箱的单层隔振装置加速度振级落差的测试结果表明对该齿轮箱的减振达到了预期的效果.这些结果充分说明该齿轮箱的设计较为合理,齿轮箱使用正常.(2)本次实验测试结果对于提高该型齿轮箱的可靠性和维修性起着重要作用,对其日常保养、状态检测有着重要的现实意义.・78・　第6期　程广利等:齿轮箱振动测试与分析 (3)运用模态分析法得到的齿轮箱的动态特性具有其局限性,因为它仅适合于低中频段,而在高频段因模态叠加无法分辨,实际上高频振动对于分析齿轮箱的振动机理和隔振有着重要意义,所以应结合其它方法如能量分析法等对其高频动态特性进行更为精确的分析.(4)测试中环境噪声对测试影响应在分析中予以充分考虑,才能使测试结果更加准确.参考文献:[1]　朱石坚,何　琳.船舶机械振动控制[M ].北京:国防工业出版社,2003.[2]　吴新跃,朱石坚.人字形齿轮传动的振动理论分析模型[J ].海军工程大学学报,2001,13(5):13-19.[3]　金咸定.船舶结构动力学的进展与信息化[J ].振动与冲击,2002,21(4):1-6.[4]　曹树谦,张文德,萧龙翔.振动结构模态分析———理论、实验与应用[M ].天津:天津大学出版社,2002.[5]　傅志方,华宏生.模态分析理论与应用[M ].上海.上海交通大学出版社,2000.[6]　卢文祥,杜润生.机械工程测试・信息・信号分析[M ].武汉:华中科技大学出版社,2003.(上接第40页)表2　基本层厚度固定计算阻尼层厚度条件 算例内容 结　果(a )梁1基本层厚度0.03m ;梁2基本层厚度0.01m 梁1阻尼层厚度0.00001m ;梁2阻尼层厚度0.0515m (b )梁1基本层厚度0.01m ;梁2基本层厚度0.03m梁1阻尼层厚度0.044m ;梁2阻尼层厚度0.00001m (2)将基本层厚度和阻尼层厚度都设定设计变量设结构基本层最小厚度大于0.005m ,阻尼层最小厚度大于0.00001m.优化计算得数值:梁1基本层厚度0.025m ,梁1阻尼层厚度0.00001m ,梁2基本层厚度0.005m ,梁2阻尼层厚度0.028m.尽管梁1阻尼层厚度值和梁2的基本层厚度值都取边界值,但仍可以看出趋势:增大梁1基本层厚度和增加梁2阻尼层厚度有利于减小梁2的振动能量.通过(13)和(17)式,可见增大梁1基本层厚度能够很快减小结构导纳实部G ,所以减小力对梁1的输入功率,η12也略有减小,而此时n 1<n 2,所以应增大η2,由(11)式分析出有利于减小梁2的能量.以上只是对简单的2结构系统进行分析,随着结构复杂度的增大,结构参数的寻优过程是在优化算法中完成的.由于统计能量法具有阻尼灵敏度分析功能,其合理性是不言而喻的.3　结　论由统计能量法计算得出的结构频段平均能量值具有很好的鲁棒性,适于优化程序.文中建立了统计能量法的通用优化模型,并对一个由2根梁构成的模型进行了优化设计.计算结果表明该模型具有阻尼布置寻优和结构优化设计功能.该优化模型可用于复杂系统的优化设计中.参考文献:[1]　姚德源,王其政.统计能量分析及其应用[M ].北京:北京理工大学,1995.[2]　文功启.高速船结构噪声传播及其阻尼被动控制的研究[D ].武汉:武汉理工大学,2002.[3]　吴玉恒.噪声与振动控制设备选用手册[M ].北京:机械工业出版社,1988.・88・海　军　工　程　大　学　学　报 第16卷　。

风电齿轮箱优化维修发布时间：2021-04-27T09:59:52.180Z 来源：《科学与技术》2021年1月3期作者：杨亚文[导读] 针对目前双馈机组中的风电齿轮箱故障多杨亚文远景能源有限公司 200050【摘要】：针对目前双馈机组中的风电齿轮箱故障多、维修成本高的运维现状，本文通过对风电齿轮箱塔上优化维修及返厂优化维修的介绍，提出了如何更快捷、更有效对风电齿轮箱进行优化维修的方向及方法，以降低齿轮箱的故障率和运维成本，提高齿轮箱运行的可靠性。

【关键词】：风电齿轮箱；优化维修；可靠性进入21世纪，能源短缺的问题被各方所密切关注，各国开始对能源的使用从不可再生能源（石油、天然气）逐步转变到可再生的清洁能源（风能、潮汐能、太阳能），对风能的使用是其中不可或缺的一部分，风力发电机组逐步进入大发展时期。

但由于前期对风力发电机组技术储备不充分，后续不断暴露出各自不同的问题。

解决这些问题需要齿轮箱厂家、主机厂家、用户之间不断地沟通所存在的故障情况、技术难点和瓶颈，以达到持续优化齿轮箱设计、优化齿轮箱维修，最终降低齿轮箱故障率的最终目的。

1.风电齿轮箱塔上优化维修1.1优化塔上诊断技术对于齿轮箱塔上的故障，首先需要发现问题，将故障诊断流程化，借助故障诊断流程来发现故障的共性和差异，找出引起故障的原因及相应改善的办法。

常见的齿轮箱塔上故障可分为漏油、温度异常、压力异常、振动异常、内窥镜检查异常等情况。

当齿轮箱产生异常情况时，往往表现出多种故障特征共同出现的现象。

传统故障诊断：对齿轮箱温度（轴承温度、油池温度、进油温度）、压力（进油压力，过滤器压差）、最低液位高度进行监测，用户往往在齿轮箱故障报警后才会进行检查，此时齿轮箱的损坏情况很有可能已经比较严重，难以在塔上维修；随着风机智能化的发展，智慧检测、智慧运维的概念不断刷新着风电人对风机的认识，提前预知齿轮箱的故障，及时诊断变得尤为重要。

在线诊断技术正在不断地普及，齿轮箱在线诊断技术主要可分为在线振动监测和油液颗粒度监测，通过在线数据传输，建立远程管理平台，数据接收端的诊断专家可根据运行数据，实时对齿轮箱的运行状态进行监控，并进行故障预警，提前发现可能会出现的故障点，找出故障点，并通知用户进行故障运维；与此同时，齿轮箱厂家可以提前储备零部件，真正做到准、快、好的齿轮箱塔上维修。