基于齿轮箱结构的试验模态测试研究

设计与研究Ｄｅｓ的ｎａｎｄＲ嗍油

基于齿轮箱结构的试验模态测试研究＋

别红玲

（上海电子信息职业技术学院，上海２０１４１１）

摘要：现代机器多要求高速、高效、低耗能、轻型、低噪声和性能可靠。解决这些问题。离不开动态测试与分析，因而模态测试技术得到迅速发展和广泛应用。目前的发展趋势是把有限元方法和试验模态分析

技术结合起来。

关键词：齿轮箱试验模态分析有限元方法

ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＭｏｄａｌＴｅｓｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＧｅａｒｂｏｘＳｔｒｕｃｔｕｒｅ

ＢＩＥＨｏｎｇｌｉｎｇ

（ＳｈａｎｇｈａｉＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１４１１，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｍｏｄｅｍｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｍａｃｈｉｎｅｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈｅｆｆｉ—ｃｉｅｎｃｙ，ｌｉｇｈｔ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｒｅｓｕｍｉｎｇ，ｔｏｗｖｏｉｃｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｓｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｉｔ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅａｒｂｏｘ；ＭｏｄａｌＴｅｓｔ；ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ

由航空航天工业和汽车工业首先开创的测试和分析机械结构动态特性的技术已经发展成为机械、船舶、车辆、建筑物、桥梁和能源等各个领域的通用技术。现代机器多要求高速、低耗能、轻型、低噪声，性能可靠。解决这些问题，离不开动态测试与分析，因而模态测试技术得到迅速发展和广泛应用。

试验模态分析技术的步骤是：首先根据已有的知识和经验，在老产品的基础上试制出一台新的样机或模型；其次，用试验模态分析技术，对样机作全面的测试与分析，获得产品的动力特性，由此识别出系统的模态参数，建立振动系统的运动方程，从而预估系统在外载作用下的响应，进而了解产品在实际使用中的振动、噪声、疲劳等现实问题；再次，在计算机上改变产品的结构参数，了解动态特性可能获得的改善程度。

目前的发展趋势是把有限元方法和试验模态分析技术结合起来：即利用试验模态方法分析结果检验、补充和修正原始有限元动力学模型；再利用修正后的有限元模型计算结构的动力特征和响应，进行结构的优化设计。

１齿轮箱结构的试验模态分析的原理

试验模态分析采用实验与理论分析相结合的方法￥振动、冲击、噪声国家重点实验室资助（编号：ＶＳＮ一２００４—０６）?５６?来识别系统的模态参数（模态频率、模态阻尼、振型），它对系统的动态分析及优化设计有实用价值。系统的动态特性是指系统随频率、刚度、阻尼变化的特性。它既可用频域的频响函数描述，也可以用时域的脉冲响应函数来描述。建立频响函数与模态参数之间的关系，以便识别模态参数。

模态测试的主要任务是同时测量系统的输入信号和输出信号，并对它进行数字处理，从而估计出被测系统的频响函数或脉冲响应函数，为模态分析提供准确可靠的数据。

齿轮箱体的振动¨１可假设为一种具有ｎ个自由度的线弹性物理运动系统，其振动微分方程为

［Ｍ］｛互（ｔ）｝＋［Ｃ］｛互（￡）｝＋［Ｋ］｛菇（ｔ）｝＝｛以ｔ）｝

（１）式中：［Ｍ］、［Ｋ］和［ｃ］分别为ｎＸｎ阶的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，｛菇（ｔ）｝和｛，（ｚ）｝为ｎＸ１阶位移响应和激振力列阵。对方程两边作傅氏变换得：（一∞２［肘］＋ｉ∞［Ｃ］＋［Ｋ］）｛Ｘ（∞）｝＝｛Ｆ（∞）｝

（２）记［Ｚ（∞）］＝［Ｋ］一∞２［肘］＋沥［ｃ］为阻抗矩阵，因为［Ｋ］、［Ｍ］、［ｃ］是对称的，所以阻抗矩阵也是对

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