Page 270 - 《振动工程学报》2026年第5期

1474 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

2 齿 轮 泵 振 动 噪 声 模 型 各个零部件有限元模型构建完毕后，采用 Lanczos
算法来求解模型的前 20 阶自由模态，同时通过锤击

2.1 模态分析及试验验证 法模态试验来验证模型的准确性。如图 5 所示，用
弹力绳将齿轮泵自由悬挂在试验台架上，在齿轮泵
对直线共轭内啮合齿轮泵各个零部件和装配体
装配体布置 58 个测点，在装配体的后泵体底部、前
进行网格划分和模态求解。在进行网格划分之前，需
泵体后侧两个位置安置加速度传感器，试验过程中，
对零部件进行几何清理，去除如圆角、倒角、螺纹孔等
移动带有力传感器的力锤，敲击其余 56 个测点，为
不影响模态分析但增加计算量的几何特征。零部件
了提高信号的质量，在每个测点重复敲击 4 次，并对
按照材料特性可归为两类：一类包括壳体和端盖，它
这 4 次得到的响应数据进行线性平均处理。测试设
们采用可锻铸铁制造，其物理属性为密度 7120 kg/m 、
3
备及其性能参数如表 3 所示。
2
11
杨氏模量 1.69×10 N/m 、泊松比 0.3；另一类则是轴、
齿轮和齿圈，采用青铜合金制造，其物理属性为密度 加速度传感器
3
7400 kg/m 、杨氏模量 1.15×10 N/m 、泊松比同样为
11
2
数据采集系统
0.3。如图 4 所示，完成各零件的网格划分和材料属 (LMS SCADAS)
性赋予后，需将各个零部件装配起来。在装配过程
中，利用不同种类的弹簧或弹簧-阻尼单元来模拟不
检测电脑
同部件间的连接关系，以确保模型的准确性和完整 ThinkPad notebook

性，其刚度阻尼的参数值如表 2 所示。
图 5 模态试验布置及测点布置图
齿轮激励点 齿圈激励点 Fig. 5 Layout of modal experiments and measurement points
y

x
z
表 3 测试设备及其性能参数
Tab. 3 Test equipment and performance parameters

测试设备 主要性能参数
加速度传感器 量程：±100g
测力范围：50 kN
冲击力锤
力传感器灵敏度：0.45 mV/N
轴 前泵盖 前泵体 齿轮 齿圈 泵体 后泵体 通道最大采样频率：204.8 kHz
数据采集系统LMS SCADAS
图 4 齿轮泵连接关系图 每通道最大分析带宽：92 kHz
笔记本电脑 CPU主频：1.6 GHz
Fig. 4 Connection diagram of gear pump

表 2 刚度和阻尼设置参数 齿轮泵装配体前 3 阶仿真与试验对比模态如图 6
Tab. 2 Parameters of stiffness and damping 所示，第 1 阶仿真模态频率为 493 Hz，试验模态频率

部件 类型 x y z 为 530 Hz，误差为 6.9%，模态振型为局部弯曲；第 2 阶
−1
前泵体- 刚度/（N·m ） 2.81×10 7 2.81×10 7 5.80×10 8 仿真模态频率为 812 Hz，试验模态频率为 758 Hz，误
泵体 阻尼/（N·s·rad ） 3.1×10 2 3.1×10 2 3.4×10 3 差为−7.1%，模态振型为整体弯曲；第 3 阶仿真模态频
−1
−1
泵体- 刚度/（N·m ） 2.35×10 7 2.35×10 7 5.74×10 8 率为 1563 Hz，试验模态频率为 1493 Hz，误差为−4.6%，
后泵体 阻尼/（N·s·rad ） 2.7×10 2 2.7×10 2 3.1×10 3 模态振型为整体扭转。齿轮泵主要零部件仿真和试
−1
−1
齿轮圈- 刚度/（N·m ） 1.93×10 7 1.95×10 7 5.35×10 8 验模态频率对比如表 4 所示，误差最大为齿轮第 1
前泵体 阻尼/（N·s·rad ） 2.2×10 2 2.2×10 2 2.9×10 3
−1
阶频率 3.8%。结果表明，由于装配体采用了刚度阻
−1
齿轮圈- 刚度/（N·m ） 1.83×10 7 1.83×10 7 5.27×10 8 尼代替螺栓连接，忽略了螺栓的重量，模型与实际之
泵体 阻尼/（N·s·rad ） 2.1×10 2 2.1×10 2 2.8×10 3
−1
间的固有频率存在一定误差，但误差均小于 10%，其
−1
前泵盖- 刚度/（N·m ） 1.78×10 7 1.78×10 7 5.07×10 8
前泵体 阻尼/（N·s·rad ） 2.1×10 2 2.1×10 2 2.8×10 3 余零部件的误差更是控制在 5% 以内，说明该模型具
−1
刚度/（N·m ） 4.5×10 7 4.5×10 7 — 有较高的精度，适合工程应用。
−1

轴
阻尼/（N·s·rad ） 5.1×10 2 5.1×10 2 —
−1
2.2 振动响应有限元模型
−1
刚度/（N·m ） 3.1×10 7 3.1×10 7 5.88×10 8
螺栓1
−1
阻尼/（N·s·rad ） 3.4×10 2 3.4×10 2 3.5×10 3 在完成齿轮泵装配体模型的搭建之后，按照实
刚度/（N·m ） 2.87×10 7 2.87×10 7 5.8×10 8 际试验台设备布置，在泵体前方装配法兰盘。在进
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螺栓2
阻尼/（N·s·rad ） 3×10 2 3×10 2 3.4×10 3 行振动响应分析时，将边界条件设置为：法兰盘的一
−1