船用齿轮箱系统动态性能与其分析方法研究
大功率船用齿轮箱试验模态分析

Ex e i e t lm o la a y i fhe v ut a i e g a b x p r m n a da n l ss o a y d y m r n e r o XU a g y n ,ZHU ic a ,ZHANG a —o g WANG n ln Xi n — a g Ca — h o Xio r n , We —i 。 C HEN — i Hu y 。
振
动
与
冲
击
第3 0卷第 7期
J OURNAL OFVI BRAT ON AND HOCK I S
大 功 率 船 用 齿 轮 箱 试 验 模 态 分 析
徐 向阳 ,朱才朝 ,张晓蓉 ,汪文霖。 ,陈虎毅。
(. 1 重庆大学 机械传动 国家重点实验室 , 重庆 4 0 3 ;. 0 0 0 2 重庆科技学院 , 重庆 3 10 ) 12 3 408 ; 00 1 3 杭州前进齿 轮箱集 团有 限公 司, . 杭州
t e ba i rn i l sa d meh d fe p rme tlmo a n lss t e fe u n y r s o e f n to s o tmie y l a t h sc p i cp e n t o s o x e i n a d la ay i , h q e c e p ns u ci n wa p i z d b e s r
摘 要 :由于大功率船用齿轮箱的特殊使用工况, 其性能要求远远高于其他齿轮箱。对某大功率船用齿轮箱结构
和传动原理进行分析 , 根据试验模态分析 的基本原理和方法 , 利用最小二乘法对频响 函数进行优化 , 并利用单模态识别法 对大功率船用齿轮箱进行模态参数识别 , 出系统 的前 2 阶固有频率和阻 尼 , 得 【 ) 结果表 明该 船用齿轮箱 系统的转频 、 啮合 频率远离 固有频率 , 系统不存在共振现象 。但考虑齿轮箱实际工作 的复杂性 , 在系统转速 变化达到 临界 转速时存在较 为 剧烈 的共振现象 。试验结果可为进一步系统研究动态特性提供分析依据。 关键词 :船用齿轮箱 ; 试验模态 ; 固有特性 ; 模态分析
船舶动力系统的性能分析与改进

船舶动力系统的性能分析与改进船舶动力系统是船舶运行的核心,直接关系到船舶的性能、效率和安全。
随着科技的不断发展和船舶运输的日益繁忙,对船舶动力系统的性能分析和改进变得尤为重要。
本文将从动力系统组成、性能分析、问题与改进等角度探讨该主题。
一、船舶动力系统组成船舶动力系统一般由主机、推进系统和辅助设备组成。
主机主要由发动机、减速器和轮机等组件构成,是船舶的动力来源。
推进系统则包括螺旋桨、推进器、舵和航速调节装置等部分。
辅助设备主要包括冷却系统、除盐系统、供电系统等。
二、船舶动力系统的性能分析对船舶动力系统性能的分析是提高船舶性能的关键。
首先,我们可以从动力系统的效率和可靠性方面进行分析。
动力系统的效率直接关系到船舶的能源利用和运行成本。
通过对动力系统进行能量损失的分析,可以找到改善动力系统效率的途径,如减少摩擦损失、提高热效率等。
其次,动力系统的可靠性是保证船舶安全和运行的重要因素。
对动力系统的可靠性进行分析可以避免因故障造成的停船和修理成本。
最后,还可以从船舶的操纵性和环保性方面进行性能分析,提高船舶的机动性和低碳排放水平。
三、船舶动力系统存在的问题与改进船舶动力系统在长期运行中,可能会出现一些问题,例如动力不足、燃油消耗过大、噪音大等。
针对这些问题,需要进行改进和优化。
首先,可以通过增加机组功率来提高动力,使船舶能够适应更大的负荷和复杂的航行环境。
其次,可以优化传动系统,减少能量损失。
例如,采用新型减速器和轮机可以提高动力传输的效率,减少能源消耗和噪音。
同时,还可以引入先进的控制系统和自动化技术,提高船舶的操纵性和安全性。
另外,船舶动力系统的环保性也需要不断改进。
例如,采用先进的排放控制技术和清洁能源,减少船舶对环境的污染。
四、船舶动力系统改进的前景和挑战船舶动力系统改进的前景是广阔的。
随着科技的不断进步和新能源的应用,船舶动力系统将越来越高效、可靠和环保。
但是改进也面临一些挑战。
首先,新技术和设备的引入需要大量的投资和研发。
大功率船用齿轮箱传动系统和结构系统耦合特性分析

摘 要 : 用 齿轮 箱 是 船 舶 轮 机 系 统 的 重 要 组 成 部 分 , 动 态 性 能 的好 坏 直 接 影 响 系 统 的 性能 , 船 其 因而 开展 船 用 齿 轮箱 动 态 特 性 研 究具 有 重 要 的 意 义 。 章 对 某大 型船 用 齿 轮箱 的 固有 特性 进 行 分 析 , 过 轴承 支 撑 把 传动 子 系 统 文 通 和结 构 子 系统 两 者 耦 合 起 来 , 立 齿 轮 一 转 子一 轴承 一 箱 体 耦 合 系 统 动力 学 模 型 。采 用 有 限元 软件 中 的L nzs 建 aeo
s b y t m i h u p  ̄ o e rn . sn a c o t o ,n t r l e u n i s a d vb ai n mo e s u s se w t t e s p o h fb a i g By u i g L n z s me h d au a q e ce n i r t d l r f o a e o t i e . y t e a ay i o a a io i g t e g a h e x i t n fe u n is w t h e ut i i r v d r b a n d B h n l s f p rsn n h e rw e le c t i q e ce i t e r s l t s p o e s c . ao r h , t e f c h t r n miso t g l th g a a s s lr e vb a in a d n ie i t o e ai n wh c t h s h a t a a s s i n sa e cu c e rc u e a g i r t n o s i p r t , ih ma c e t t o n s o
海上风力发电用齿轮箱的结构分析与优化

海上风力发电用齿轮箱的结构分析与优化摘要:海上风力发电作为一种可再生能源的重要形式,具有巨大的发展潜力。
齿轮箱作为海上风力发电系统中承担转动能量传递的核心组件之一,其结构设计对整个系统的安全性、效能和可靠性具有重要影响。
本文旨在对海上风力发电用齿轮箱的结构进行分析与优化,提高其工作效率及可靠性。
1. 引言海上风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式,因其海上资源丰富、不占用陆地面积等优势,受到越来越多国家关注和发展。
然而,海上环境的严酷性和艰苦的施工条件对风力发电系统提出了更高的要求。
齿轮箱作为风力发电系统中负责转速放大、力矩传递和转动轴连接的重要组成部分,其结构设计必须考虑到海上的特殊环境。
2. 齿轮箱结构分析齿轮箱的结构分析是优化设计的前提,通过对齿轮箱的结构进行理论分析和仿真计算,可以评估其受力情况和性能表现,为后续的优化设计提供依据。
首先,需要对齿轮箱的传动路径进行分析。
采用合适的齿轮传动路径布局可以降低振动和噪音,并提高传动效率。
其次,对齿轮、轴承和润滑系统进行分析。
选用合适的齿轮材料和齿轮模数,可以提高齿轮传动的承载能力和寿命。
优化轴承的布置和选用合适的轴承类型,可以降低传动系统的摩擦损失和能量损失。
在润滑系统方面,采用先进的润滑技术可以有效降低齿轮传动的摩擦和磨损。
最后,要对齿轮箱的结构进行强度与刚度计算。
通过有限元分析和结构优化,可以确定齿轮箱的合理尺寸和减小结构重量,提高系统的可靠性和效能。
3. 齿轮箱结构优化齿轮箱的结构优化是提高工作效率和可靠性的关键步骤。
优化设计可以从以下几个方面进行:首先,通过降低齿轮箱的重量来提高整个系统的效率。
采用高强度、轻量化的材料,减少不必要的结构重量,可以降低风力发电系统的能耗,提高发电效益。
其次,改善齿轮箱的润滑系统。
合理的润滑设计可以减少摩擦和磨损,延长齿轮和轴承的使用寿命。
另外,优化齿轮的设计。
合理选择齿轮的齿形和模数,优化齿轮啮合时的接触应力和面压力分布,可以减少齿面磨损和齿轮传动损失。
海上风力发电用齿轮箱的传动效率分析与优化

海上风力发电用齿轮箱的传动效率分析与优化海上风力发电是利用海域中的风能进行发电的一种可再生能源方式。
在海上风力发电中,齿轮箱作为关键的传动装置,起着将风轮的旋转速度提高到适合发电机的转速的作用。
齿轮箱的传动效率对于海上风力发电的性能和经济性有着重要的影响。
因此,对于海上风力发电齿轮箱的传动效率进行分析与优化是非常必要的。
首先,我们来探讨齿轮箱的传动效率分析。
齿轮箱的传动效率是指输入功率与输出功率之间的比值,一般以百分比或小数的形式表示。
传动效率的高低取决于齿轮的设计和制造工艺、摩擦损失以及润滑状态等因素。
齿轮的设计包括齿数、齿轮材料和模数等参数的选择。
而齿轮的制造工艺则涉及到齿轮的精密加工、齿轮轴的对中度以及齿轮的装配质量等。
此外,摩擦损失是导致传动效率降低的一个主要原因,因此选择适当的润滑方式和材料也是提高传动效率的关键。
其次,针对现有齿轮箱的传动效率分析,我们需要根据齿轮箱的结构和工作条件来进行定量分析。
例如,可以通过计算齿轮箱的输入功率和输出功率,并计算两者之间的差值来得到传动效率。
同时,还可以通过测量齿轮箱的温度变化和振动情况来评估齿轮的摩擦损失情况,从而进一步分析传动效率的影响因素。
在分析的基础上,我们可以进一步优化海上风力发电齿轮箱的传动效率。
首先,可以通过改进齿轮的设计和制造工艺来提高传动效率。
例如,采用更高强度的材料、提高齿面硬度和精度等措施,可以减小齿轮传动时的摩擦损失,从而提高传动效率。
其次,可以优化润滑方式和材料的选择。
选择合适的润滑方式可以减小摩擦阻力,从而减少能量损失。
同时,根据工作条件和齿轮材料的要求,选择适当的润滑材料也可以提高传动效率。
此外,还可以通过改进齿轮的配合间隙和轴对中度来减小齿轮传动时的摩擦阻力,提高传动效率。
除了上述优化措施,还可以考虑采用先进的传动技术来提高齿轮箱的传动效率。
例如,可以采用无级变速技术来实现更高效的能量转换,在不同的风速工况下实现最佳传动效率。
船用传动齿轮箱振动试验与分析

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。
船用齿轮箱刚度分析与实验

构复杂 , 通常采用有限元法进行刚度评价 ; 轴与轴承 主要还是采用经 典 力 学 公 式 校 核
[ ] 7 1 0 -
。上述方法具
有一定的局限 性 , 不能考虑实际使用过程中各部件 导 致 刚 度 评 价 准 确 性 不 高。 因 此 的变形耦合作 用 , 开展船用 齿 轮 箱 刚 度 分 析 具 有 很 强 的 工 程 应 用 价 结合 值 。 笔者在现有 齿 轮 箱 刚 度 评 价 方 法 基 础 上 , 考 虑 轴、 轴 承、 箱体等零部件 船用齿轮箱技术 条 件 , 受载变形及耦 合 作 用 , 提出将联轴器跳动值作为齿 轮箱刚度评价的新方法 , 并进行实验研究 , 验证了评 价体系的正确性 。
1 船用齿轮箱刚度评价方法
由于载荷作用 , 导致齿轮箱箱体与传动系统变 形, 影响整个系 统 的 工 作 性 能 。 船 用 齿 轮 箱 使 用 过 输出端联轴器上 , 程中各种变形最终都反应在输入 、 进而影响整个机构的工作状态
[ ] 1 1 1 5 -
。 船用齿轮箱 使
用过程中对联轴器跳动值有严格控制 , 如表 1 所示 。 可根据联轴器 跳 动 值 来 评 价 整 个 系 统 的 刚 度 , 建立 轴承 、 箱体等主要零部件的船用齿轮箱 综合考虑轴 、
第3 5 卷第 5 期 2 0 1 2年5月
பைடு நூலகம்
重 庆 大 学 学 报 J o u r n a l o f C h o n i n U n i v e r s i t g q g y
V o l . 3 5N o . 5 M a 2 0 1 2 y
) 1 0 0 0 5 8 2 X( 2 0 1 2 0 5 0 0 1 0 6 文章编号 : - - -
轻型高速船用齿轮箱发展现状研究

轻型高速船用齿轮箱发展现状研究《轻型高速船用齿轮箱发展现状研究》摘要:随着高速船舶需求的增加,轻型高速船用齿轮箱作为船舶传动装置的核心部件,扮演着至关重要的角色。
本文通过对轻型高速船用齿轮箱的发展现状进行研究,分析了其发展趋势与挑战,为今后的研究和设计提供了指导意义。
关键词:轻型高速船,齿轮箱,发展现状,研究引言:随着海洋经济的快速发展,航运业蓬勃发展,对高速船的需求与日俱增。
轻型高速船以其快速、灵活、节能等特点,受到了广泛关注。
而作为船舶传动装置的齿轮箱,其在轻型高速船中的重要性不言而喻。
本文旨在研究轻型高速船用齿轮箱的发展现状,为进一步的研究和设计提供参考。
一、发展历程轻型高速船用齿轮箱的研究起源于上世纪五六十年代,当时主要应用于海上健身设备以及少量的军用舰艇。
随着航运业的快速发展,齿轮箱的需求量也大幅增长。
为满足市场需求,齿轮箱的技术不断创新,经历了从单级传动到多级传动,从钢制齿轮到合金齿轮的转变。
二、发展现状目前,轻型高速船用齿轮箱的研究主要集中在提高传动效率、降低噪音和振动、延长使用寿命等方面。
为了提高传动效率,研究人员尝试采用新型材料制造齿轮,如精密铸造、温度调控等技术,以提高齿轮的硬度和抗磨性。
同时,在齿轮箱的设计中加入了润滑系统、降噪装置等,以降低齿轮运转时产生的噪音和振动。
三、发展趋势随着高速船舶的规模和速度不断增加,轻型高速船用齿轮箱也面临更大的挑战。
未来的发展趋势将主要集中在以下几个方面:一是齿轮箱的轻量化设计,通过采用新型轻质材料,降低齿轮箱的重量,提高船舶性能。
二是齿轮箱的智能化,通过引入传感器和控制系统,实现对齿轮箱运行状态的实时监测和远程控制。
三是齿轮箱的可靠性提高,通过优化设计和加强检测方法,提高齿轮箱的故障检测和预防能力。
结论:轻型高速船用齿轮箱作为船舶传动装置的核心部件,其研究和发展对提高船舶性能具有重要意义。
目前,轻型高速船用齿轮箱已经取得了显著的进展,但仍面临着一些挑战。
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图2 Fig. 2
轴承冲击载荷 Bearing impact load
接触刚度
( 2)
冲击载荷计算
式中 K z 和 K b 分别为主动轮、被动轮齿结构刚度,刚 度的大小与齿轮材料相关,其计算式为:
{
Kz = Kb =
1 , δz 1 。 δb
0
引
言
随着船舶结构的大型化, 船用齿轮箱逐渐呈现 [1 ] 出大型、高速、重载等特点 , 从而使得齿轮箱结 构的振动与噪声不断增强。 近年来, 关于船舶齿轮 [2 - 4 ] 。 箱结构的动力学特性研究已引起诸多学者关注 从结构上看, 齿轮箱结构主要包括齿轮轴承、 齿轮轴、啮合齿轮、 支撑结构等。 为了使得齿轮具 有较好的加工性,其齿根通常会留有部分齿根间隙。 由于齿轮加工原理为展成法, 其齿廓光滑性较差, 在啮合传动过程中齿轮啮合对之间会存在着较大的 [5 ] 啮合冲击载荷 。这是齿轮箱系统出现剧烈振动的 主要因素。在齿轮结构设计初期, 齿轮结构的设计 以及相关参数的选取依据主要为结构静强度 , 关于 齿轮啮合动力学强度的考虑较少。 然而随着齿轮箱 结构的不断大型化, 其载荷强度使得齿轮箱结构出
ZHAO Hui, WANG Hongxia ( Zhengzhou Technical College, Zhengzhou 450121 , China) Abstract: Along with the development of large gear box structure,gear box structure will produce
significantly structure vibration during its work,the traditional static design method has already can't satisfy the precision of gear box structure design. In this paper,a marine gearbox is regarded as the research object,the dynamic model of gear meshing was established,based on the finite element method ( fem ) calculation the gear meshing impact bearing load and impact load is obtained. Then with the impact load the dynamics response is then obtained,this can provide a reference for engineering design. Key words: marine gear box; dynamics; gear; meshing impact 现了显著地结构振动, 因此, 传统的静力学设计手 [6 ] 段已无法满足齿轮箱结构的精确设计 。 针对该问题,本文以某船用齿轮箱为研究对象, 建立了齿轮啮合动力学模型, 以有限元法为基础计 算得出了齿轮啮合碰撞载荷与轴承冲击载荷 。 随后 将计算得出的冲击载荷作为边界条件对齿轮啮合动 力学模型进行数值计算。
收稿日期: 2015 - 12 - 04 作者简介: 赵辉( 1975 - ) , 男, 讲师, 研究方向为机械设计制造 。
1
齿轮啮合冲击
研究齿轮箱结构动力学特性的前提条件是获得 齿轮结构啮合过程中的冲击载荷。 冲击载荷主要包 含齿面接触冲击载荷和轴承冲击载荷 。 为了简化问题, 本文假设齿轮在啮合过程中主 动轮与被动轮之间的啮合压力角始终保持不变 , 且 在工作过程中齿轮变形均在线弹性范围内 , 则在啮 合区域,齿轮结构弹性为:
第 3A 期
赵
辉, 等: 船用齿轮箱系统动态性能与其分析方法研究 ( 1)
冲击载荷 /kN
8 4 0 -4 -8 0 10 20 30 时间 /μ s 40 50
· 59·
δs = δz + δb 。
式中: δ s 为啮合区域齿轮结构的总变形量 ; δ z 为主动 轮轮齿变形量; δ b 为被动轮轮齿变形量。 由于对于不同的齿轮箱其齿轮齿数并不相同 , 对每个轮齿设定单独的刚度参数将使得计算过程变 得十分繁杂,尤其是啮合对齿轮的轮齿数互为奇偶 时,其最小公倍数将很大, 对这样的齿轮结构进行 接触搜索将花费大量的计算资源, 然而其实际接触 次数却十分有限, 因此本文将接触齿轮对刚度进行 当量处理,在所有齿轮对中, 轮齿的当量刚度系数 均为同一值,则当量刚度为: Kz Kb 1 Ks = = , δs Kz + Kb
第 38 卷第 3A 期 2016 年 3 月
舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 38 ,No. 3A Mar. , 2016
船用齿轮箱系统动态性能与其分析方法研究
赵
要:
辉, 王红霞
( 郑州职业技术学院, 河南 郑州 450121 ) 摘
随着齿轮箱结构的不断大型化, 齿轮箱结构在工作过程中会出现显著的结构振动, 传统的静力学设
ห้องสมุดไป่ตู้
计手段已无法满足齿轮箱结构的精确设计 。为此, 本文以某船用齿轮箱为研究对象, 建立了齿轮啮合动力学模型, 以 有限元法为基础计算得出了齿轮啮合碰撞载荷与轴承冲击载荷 。随后将计算得出的冲击载荷作为边界条件对齿轮啮 合动力学模型进行数值计算, 获得齿轮啮合动力学特性, 可为工程设计提供参考 。
关键词:
船用齿轮箱; 动力学; 齿轮; 啮合冲击 中图分类号: U664. 21 文献标识码: A 文章编号: 1672 - 7649 ( 2016 ) 3A - 0058 - 03 doi: 10. 3404 / j. issn. 1672 - 7649. 2016. 3A. 020
Research on dynamic performance and analysis method of marine gear box system