含裂纹故障齿轮的风力发电机传动系统动力学特性研究

为了更好地研究轮齿齿根裂纹对齿轮传动系统动态特性的影响,将风力发电机增速齿轮箱中一对啮合轮齿作为研究对象。运用改进能量法计算含有齿根裂纹齿轮的齿轮系统时变啮合刚度,考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和传动误差影响,建立含有齿根裂纹故障的齿轮传动系统6自由度动力学模型。利用四阶Runge-Kutta法对建立的齿轮系统微分方程进行积分求解,得到齿轮系统动力学响应。通过幅频响应曲线、时域图及频域图,综合分析了含有不同深度裂纹故障的齿轮传动系统的动力学特性。最后,通过试验验证齿轮系统理论仿真的正确性,从而为风力发电机齿轮箱中的齿轮系统裂纹故障识别提供理论依据。     

含故障传动系统齿轮-轴承耦合动力学特性研究

针对齿轮传动系统工作环境复杂,故障率高的问题,对传动系统进行动力学分析并探究其故障机理。根据Hertz接触理论考虑轴承钢球离心力的作用,建立深沟球轴承时变刚度模型。利用能量法得到正常与含裂纹故障齿轮的时变啮合刚度。利用集中参数法建立齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。考虑齿轮传动系统传递误差、时变刚度等参数激励因素,对齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到了传动系统的振动加速度,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响;通过台架试验验证了模型的正确性。研究结果表明:建立的动力学模型能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性,在时域波形图中,由于裂纹故障的存在会产生周期性的冲击信号,同时频谱图中在啮合频率的周围会产生边频带。     

基于ADAMS的大功率采煤机高速区齿轮裂纹故障分析

利用UG8.0和ADAMS对大功率采煤机MG900/2215-GWD高速区建立动力学模型。通过对比健康以及两种种不同程度的裂纹故障状态下的啮合力时域及频域曲线,对故障状态下采煤机高速区齿轮系统的动态特性进行了分析。研究结果表明,齿轮裂纹故障情况下,啮合力边频带能量密集,且密集程度随着损坏程度的增大而增加,通过边带主频幅值比可定量反应该趋势。     

多脉冲激励法在轴承滚珠磨损中的状态研究及应用

机械故障中的轴承故障具有强的非线性特征,其故障特征提取具有一定的困难,针对此问题提出了一种基于多脉冲激励法下的Volterra级数核的故障特征提取方法。通过系统的输入输出信号并建立非线性系统的Volterra级数模型,利用时域和频域的低阶核进行轴承所处状态的对比,进而分析是否处于故障状态。以美国西储大学滚动轴承故障为例来验证该算法,应用小波算法和多脉冲激励法进行对比,得出多脉冲激励法能够较为方便准确地提取轴承的故障特征。     

风电齿轮箱轮齿裂纹故障建模与仿真研究

为了理清1.5MW风电齿轮箱传动系统轮齿裂纹的故障动力学特性,在建立风电齿轮箱传动系统的三维实体模型的基础上,利用ADAMS动力学仿真软件分别研究了中间级齿轮和高速级齿轮的单一裂纹故障以及裂纹耦合故障对高速级齿轮位置的影响。中间级齿轮裂纹故障对于高速级齿轮的影响在频域中表现为:低频段不明显,在高速级啮合频率附近有较强的边频带;高速级齿轮裂纹故障时,在中间级啮合频率、2倍中间级啮合频率和高速级啮合频率都有比较明显的边频带;耦合故障时在高频尤其是在高速级啮合频率附近有更强的边频带。该研究结果可以为风电齿轮箱故障诊断和维护提供理论依据。     

齿轮故障状态下风电机组传动系统动力学建模及分析

针对齿轮故障造成的风电机组传动系统输出响应不稳定问题,对故障状态下的传动系统动态性能进行了研究。通过考虑斜齿轮时变啮合刚度和齿轮裂纹等因素的影响作用,分别建立正常状态和齿轮故障状态下的传动系统动力学模型,对比分析了两种状态下系统的输出响应。结果显示,齿轮故障状态下,输出啮合力、扭转振动位移和扭转振动速度均相对较大,且呈现出不规则的变化趋势,在某些仿真时间点处出现较大的冲击振动。研究结果可为风电机组传动系统故障诊断及早期故障预测提供理论参考。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

间隙误差条件下辊轧机传动系统动态特性分析

基于齿轮系统动力学及非线性系统动力学理论,建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等因素的叶片辊轧机传动系统的非线性动力学模型。采用数值积分方法对含间隙非线性微分方程组进行了求解,研究了齿侧间隙对辊轧机传动系统的动态特性影响。研究表明:齿侧间隙增大使系统由简谐振动进入混沌振动;传动系统啮合状态由双边冲击转为单边冲击,且间隙的增加对上轧辊一级齿轮-齿条以及二级齿轮-齿条啮合动态响应影响较大,对下轧辊齿轮-齿条啮合动态响应影响较小。     

含耦合损伤的直齿轮传动系统振动特性分析

裂纹-磨损耦合损伤作为常见的齿轮失效形式,会显著改变齿轮传动系统的振动特性。为探明这一耦合损伤对传动系统振动特性的影响,建立计入裂纹与磨损效应的直齿轮传动系统动力学模型,并对其进行振动分析。首先,采用集中参数法建立直齿轮传动系统的非线性动力学模型,基于势能法分析齿根裂纹对齿轮副啮合刚度的影响;通过磨损仿真计算了齿轮副的综合磨损量,并将其引入到传动系统的位移激励。最后,采用龙格-库塔法求解传动系统的稳态动力学响应,分析裂纹-磨损耦合损伤模式下直齿轮系统的振动特性。结果表明,裂纹-磨损耦合损伤会诱发系统振动的幅值调制和频率调制,产生比单一损伤更为明显的啮合冲击。     

含裂纹故障齿轮系统的非线性动力学研究

考虑时变啮合刚度、间隙非线性及传动误差的影响,针对试验齿轮箱中的单对齿轮传动建立齿轮副扭转振动的参数化动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行研究。采用平均法分析齿轮裂纹模型的主共振及1/2亚谐共振的动力学响应;给出裂纹演化过程对齿轮系统啮合刚度及动力学行为的影响;通过幅频特性曲线、时域图、相轨迹图、Poincaré截面图及频谱图综合分析含有裂纹故障齿轮的振动特征;通过奇异性理论分析裂纹程度及传动误差所产生的内部激励与系统动力学分岔的关系,从而揭示了不同裂纹程度和传动误差所引起的不同分岔模式;最后通过试验提取含有裂纹故障齿轮的振动特征,试验结果验证了理论分析的结果,从而为齿轮系统裂纹故障的识别提供理论依据。