齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

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齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

作者:李以农张锋丁庆中等

来源:《振动工程学报》2014年第02期

摘要:为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压

电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用CMEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包

含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26 dB的衰减。

关键词:振动主动控制;压电堆作动器; FxLMS算法;自适

应滤波;齿轮传动

中图分类号:TB535; TH132.41

文献标识码: A

文章编号: 10044523(2014)02021507

引言

齿轮传动系统是机械传动系统的主要部件,一对齿轮啮合时,由于不可避免地存在着齿距、齿形等误差,在运转过程中会产生啮合冲击而发生与齿轮啮合频率相对应的振动噪声[1],这种啮合频率的振动是齿轮振动的主要成分[2]。齿轮传动系统的振动不但会产生噪声和导致传动系统的不稳定,而且会加速传动系统的疲劳损害,使其失效而发生严重的后果。在汽车的传动系统中,齿轮传动是产生机械噪声的主要来源[3]。另外齿轮箱作为许多国防重大装

备传动系统的关键组成部分,无法通过冗余备份减少事故的发生,例如齿轮箱的故障对直升机的飞行安全就构成直接威胁[4]。

齿轮作为机械传动中的通用基础件,降低其振动噪声对于减少齿轮箱故障、改善工作环境具有重要工程意义。目前齿轮系统的振动噪声控制主要采取被动方式,包括齿轮修形优化、调整转子质量或刚度来改变其动力性特性等[5,6]。另外,国外少数学者尝试采取添加有源作动器的主动控制方法来抑制齿轮系统的振动噪声。1999年Rebbechi在齿轮箱轴承座附加两对磁致伸缩驱动器并应用自适应前馈控制器来隔绝齿轮轴与箱体的振动[7],结果显示箱体的振动

啮合频率以及前二阶谐波频率的响应同时被削弱。2000年,Chen和Brennan采用3个磁致伸

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