内部激励对高速齿轮传动装置振动的影响

00IB燃汽轮机发电机组负荷齿轮箱标志着我国跨入自行独立设计制造阶段。目前，国内的高速齿轮箱生产已初具规模，已制定了JB/T 7514—94GS 系列高速渐开线圆柱齿轮箱行业标准。其最高技术参数为：线速度150 m/s、转速20 000 r/min、中心距670 mm、功率40 000 kW，基本上可满足国内各行业的需要。南京高精齿轮集团有限公司的产品已达到的技术参数为：单台最大 铭牌功率44 000 kW、线速度168 m/s、最高转速 67 000 r/min [1]。国内重点生产商有南京高精齿轮集团有限公司、郑州机械研究所、重庆齿轮箱有限责任公司、杭州前进齿轮箱集团股份有限公司等。 2 齿轮的内部激励 20世纪60年代中期，制造业开始广泛关注齿轮振动问题，并将其作为齿轮装置好坏的一个重要评价因素。复杂的非线性齿轮系统，包括由原动机及负载等引起的外部载荷和由时变刚度及齿轮制造误差等引起的内部激励。这些内、外影响因素激发的模态，使齿轮箱中产生不同幅值的振动形态，如不确定敏感性的箱体振动频率及幅值较传动轴相对较大[2]，因此，通过分析齿轮啮合过程中动态激励进而探究齿轮传动系统振动机理是十分必要的。动载荷分析的振动理论认为，齿轮系统是一个弹性系统，轮齿、齿轮本体可分别视为该弹性系统的弹簧及质量，在齿轮运转过程中，因弹性变形引起的齿轮刚度周期性变化或齿轮制造误差等内部激励的作用，产生瞬态、稳态的振动，进而使相互啮合的轮齿间产生动态相对位移，引起径向及轴向振动[3]。 2.1 齿轮的内部激励对齿轮系统振动的影响 刚度激励、误差激励和啮合冲击激励是齿轮系统内部激励的3种形式。 1）刚度激励。大多数情况下，齿轮传动装置的重合度不为整数，即在齿轮啮合过程中，参与啮合的轮齿数随时间的变化作周期性变化。又因为齿轮啮合刚度因弹性变形随啮合位置的变化而变化，作为时变弹簧的啮合轮齿，产生沿啮合方向的动态啮合力，这种动态激励即为刚度激励，它是影响齿轮传动系统稳定性、引起参数自激振动的主要因素。为了减小单对轮齿的负载及啮合冲击，均化单对轮齿的传动误差及减小轮齿的动态激励，可以通过增大重合度来改变其动态特性。此外，因为齿轮箱是一个典型的弹性结构系统，其外形、刚性、自振频率等均与齿轮传递系统振动特性相关；加上齿轮箱结构复杂，难以实现整体结构的优化设计，所以，为减小结构的振动频率及幅值，提高系统刚度，通常采用增加轴承支撑座与箱体支点的方式。KATSUMILNOUE等对单级减速齿轮箱的肋板布局进行研究，发现根据加