清洁机械驱动桥结构分析和振动噪声研究

【摘要】：清洁机械驱动桥作为清洁机械的关键部件之一,要求传动效率高、结构紧凑、质量轻和振动噪声小。由于使用场所主要在会议厅、展览馆和高级宾馆等,对环境噪声要求高,要求驱动桥的振动噪声控制在60db以内,有必要对驱动桥系统在减振降噪方面进行研究。本课题首先对清洁机械驱动桥进行整体结构设计,分析了结构的静态特性；接着采用计算和实验模态法分析系统的固有频率和振型,研究驱动桥系统噪声的激励源、传递路径和响应,并对驱动桥的振动辐射噪声进行仿真；最后对驱动桥壳结构进行结构优化设计,提出了减振降噪的措施,达到降低结构表面辐射噪声的要求。主要研究内容及结论如下： 1.确定以斜齿轮传动形式的设计方案,对关键部件的驱动桥壳开展在垂向力、牵引力和侧向力工况下有限元静力分析及齿轮啮合的接触分析。求解出驱动桥壳的最大应变为0.47mm,满足设计要求；驱动桥壳承受的最大应力398.3MPa,小于材料的许用应力540MPa。输入轴齿轮的齿顶部最大接触应力为809MPa,输出轴齿轮的齿根最大接触应力为550MPa,输入轴齿轮最大应力约大于材料的屈服极限(780MPa),易于使结构发生失效。 2.采用动态分析法对结构开展有限元的计算模态、试验模态分析。对比验证了计算模态分析的有效可靠性及试验模态分析的可行性。求解出驱动桥壳前4阶固有频率为757.77Hz、1104.22Hz、1311.79Hz、2091.15Hz.驱动桥在长轴端中部相对位移最大,结构整体刚度存在不足。 3.对驱动桥的激励源、振动传递路径、振动响应机理分析。确定了驱动桥壳是驱动桥的噪声源,齿轮啮合产生的振动为主要激励源。采用近场声压法、频谱分析法相结合法开展振动噪声实验,确定驱动桥噪声辐射的关键频率在73HZ、476Hz.954Hz.1421Hz和1900Hz附近。 4.建立驱动桥的瞬态响应模型、声辐射的有限元模型,并开展结构瞬态响应分析,声辐射分析。求解出结构在78HZ、930Hz.1360Hz、1850Hz、2160Hz、2300Hz有较大的激励响应,与振动噪声实验对比验证了结构瞬态分析的有效性,确定了在频率930Hz、1750Hz处为最大噪声辐射频率点。对驱动桥壳开展基于声功率的面板声学贡献量分析,确定了驱动桥壳面板5、6、1、2为主要辐射部位,且面板5(桥壳长端中部)、2(桥壳腹部)的声压对主要峰值频率有较大贡献量。 5.以降低结构在关键频率声压级数及整个频率带上的声压值为目标,从筋板的形状、筋板的厚度、桥壳腹部刚度及阻尼降噪方面进行结构噪声的优化仿真分析。最终确定优化方案：改变结构的筋板形状,筋板厚度为7mm,同时在桥壳腹部内部填涂高阻抗的软钢材料最优,使结构在930Hz处噪声的声压级值从69.7dB降低到53.64dB,使结构在1750Hz左右噪声的声压级值从77.3dB降低到63.44dB,使整个声压级的响应频谱曲线相对平缓,效果显著。同时还从结构工艺上、结构的安装支撑方面提出了结构振动噪声优化的方法。 【关键词】：驱动桥结构分析 模态分析 振动噪声 结构优化
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB533.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-12
• CONTENTS12-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 研究背景和开发意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-24
• 1.2.1 驱动桥结构分析17-19
• 1.2.2 驱动桥振动噪声研究19-23
• 1.2.3 驱动桥壳噪声预测23-24
• 1.3 课题来源及研究内容24-25
• 1.3.1 课题来源25
• 1.3.2 研究内容25
• 1.4 本章小结25-26
• 第二章 清洁机械驱动桥的设计及静态特性分析26-39
• 2.1 清洁机械驱动桥的总体方案26-27
• 2.2 有限元理论基础27-29
• 2.3 驱动桥壳的有限元分析29-34
• 2.3.1 驱动桥壳有限元模型的建立29-31
• 2.3.2 受力工况分析31-32
• 2.3.3 约束和力的加载32-33
• 2.3.4 驱动桥壳的静力分析33-34
• 2.4 齿轮接触应力分析34-38
• 2.4.1 齿轮对接触有限元模型的建立35-36
• 2.4.2 接触初始定义及求解36-37
• 2.4.3 结果分析37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 驱动桥壳计算模态与试验模态分析验证39-54
• 3.1 模态分析理论39-41
• 3.1.1 驱动桥壳几何模型的建立39-40
• 3.1.2 驱动桥壳计算模态40-41
• 3.2 试验模态分析41-48
• 3.2.1 试件支撑方式42-43
• 3.2.2 试件的激励方式43-44
• 3.2.3 模态测试系统44-46
• 3.2.4 驱动桥壳的试验模态46-48
• 3.3 试验结果分析48-53
• 3.3.1 试验模态评估准则48-49
• 3.3.2 MAC值修正49-52
• 3.3.3 计算模态与试验模态验证52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 清洁机械驱动桥振动噪声分析54-69
• 4.1 清洁机械驱动桥振动分析54-55
• 4.2 清洁机械驱动桥振动激励源分析55-56
• 4.2.1 电机振动激励55-56
• 4.2.2 齿轮啮合振动激励56
• 4.2.3 轴承振动激励及旋转体的质量不平衡运动的振动激励56
• 4.3 清洁机械驱动桥振动的传递路径分析56-57
• 4.4 清洁机械驱动桥振动响应机理57-60
• 4.5 系统振动噪声源的识别60-68
• 4.5.1 振动噪声源识别的原理60-61
• 4.5.2 振动噪声源的识别方法61-63
• 4.5.3 振动噪声测量及结果分析63-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 驱动桥噪声辐射仿真分析69-93
• 5.1 结构噪声辐射仿真的数学描述69-74
• 5.1.1 频率描述69-70
• 5.1.2 噪声辐射的BEM方法70-72
• 5.1.3 结构板贡献量分析72-74
• 5.2 驱动桥瞬态响应分析74-78
• 5.2.1 驱动桥的建模及网格划分74-75
• 5.2.2 接触面的处理75
• 5.2.3 边界条件的设定75-76
• 5.2.4 瞬态分析结果提取以及FFT变换76-78
• 5.3 驱动桥的噪声分析78-81
• 5.3.1 边界元模型建立78-79
• 5.3.2 噪声辐射场点网络模型的建立79-80
• 5.3.3 结构板块的划分及边界条件施加80
• 5.3.4 板贡献量分析及求解80-81
• 5.4 驱动桥壳噪声辐射仿真计算81-91
• 5.4.1 声压级仿真结果分析81-87
• 5.4.2 板贡献量分析结果87-91
• 5.5 本章小结91-93
• 第六章 驱动桥壳的改进93-112
• 6.1 控制结构噪声的途径93-95
• 6.1.1 表面声辐射影响因素93-94
• 6.1.2 降低表面辐射噪声方法94-95
• 6.2 优化方案的制定95-96
• 6.3 优化方案仿真计算96-109
• 6.3.1 加强筋96-101
• 6.3.2 增加壁面厚度101-104
• 6.3.3 桥壳内部增加阻尼104-107
• 6.3.4 筋的形状、厚度与阻尼相结合107-108
• 6.3.5 几种较优方案比较108-109
• 6.4 其他噪声优化方法109-110
• 6.5 本章小结110-112
• 结论与展望112-115
• 参考文献115-118
• 攻读硕士学位期间发表的论文118-120
• 致谢120

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