齿轮齿条传动系统对推焦装置振动特性的影响研究

针对焦炉推焦装置工作过程中经常发生振动的问题,对齿轮齿条传动系统引起推焦装置发生振动的机理进行了研究。提出了一种将有限元仿真与试验分析相结合的方法;利用有限元仿真的方法对推焦装置进行了模态分析,提取了自由模态和约束模态的低阶振型图;利用现场采集的试验数据进行了时频分析,计算了齿轮齿条传动系统中齿轮的转频及齿轮齿条的啮合频率,对比了模态分析结果与齿轮齿条传动系统的特征频率。研究结果表明:齿轮齿条的啮合传动和齿轮的转动都会导致推焦装置发生明显的振动;改变齿轮的齿数和调整电动机的工作频率能够有效降低推焦装置发生振动的可能。     

齿轮系统振动响应信号调制边频带产生机理

齿轮传动系统的振动频率成分复杂多变,许多频率成分难于进行力学解释。建立定轴齿轮系统啮合点处的单自由度动力学模型,并将模型激励划分为线性激励和非线性激励,分别推导正常状态和平稳型故障下的频率响应特性及诱导因素。正常状态下,齿轮振动响应频率成分为啮合频率及其倍频,由齿轮受载后产生的静弹性变形位移和啮合动刚度共同诱发,并由非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率成分。平稳型故障下,响应频率成分除正常运行特有的频率成分外,还包括:故障齿轮转频及其倍频,由平稳型位移误差函数与系统参数作用产生的惯性激励力、阻尼激励力和弹性激励力共同诱发;啮合频率及其倍频两侧间隔为转频的调制边频带,是由位移误差函数与啮合动刚度产生的弹性激励力引起的,并经非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率及调制边带。有限元仿真和试验均有效地验证了推导和分析的振动响应频率特征规律。     

推焦装置振动特性仿真分析与试验验证

为了研究推焦装置工作过程中的自激振动特性,采用有限元仿真的方法对推焦装置进行了模态和谐响应分析,提取出的推焦装置在x,y,z方向上的自激振动频率均为51Hz,表明推焦装置在推焦过程中发生的振动形式与第14阶模态相同.通过对现场试验采集到的振动信号进行分析发现推焦装置在x,y,z方向上的自激振动频率分别为51.06Hz,...     

变载荷激励下齿轮传动系统齿根裂纹故障动力学特性分析

根据齿轮裂纹会引起齿轮系统的时变啮合刚度变化这一特性,建立了含齿根裂纹故障单级齿轮传动系统的四自由度动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行了研究。采用变步长的四阶龙格—库塔法对齿轮裂纹故障进行仿真分析,运用时频分析方法研究了裂纹信号特征,为齿轮裂纹故障诊断提供了理论支持。在此基础上,分析了齿轮裂纹在变载荷激励下的动力学特性。分析表明:在变载荷激励下,齿轮振动波形图与变载荷激励变化趋势极其相似,裂纹的存在引起波形图上出现冲击现象并且啮合频率及其倍频附近出现边频带,边频带为故障齿轮的转频;变载荷激励下,低频的边频成分明显只与外载荷激励有关,与齿轮故障无关。     

考虑双因素耦合的焦炉推焦设备振动机理研究

6.25m捣固型焦炉成套设备是我国超大型焦炉成套装备。其装备的核心部件为推焦设备,其功能是将红炭从炭化室推出。在实际推焦过程中,推焦杆经常会产生剧烈振动,这不仅会影响推焦设备的正常工作,而且会引起煤饼坍塌、炭化室底面砖面松动、炭化室与燃烧室串漏等严重危害。利用虚拟样机技术和实验技术相结合的方法,通过建立推焦设备模型来模拟推焦过程。通过比较实际振动测试信号与仿真振动信号来验证推焦模型的正确性,再利用推焦设备模型分析了双因素耦合作用下推焦设备振动的原因。证明得到:齿轮齿条啮合是推焦设备在推焦过程中振动的激发原因;推焦阻力是加剧振动的主要原因;摩擦力和速度变化也是加剧振动的重要因素;焦炭的成熟度以及石墨的润滑也影响着推焦装置的振动。针对以上分析结果,提出了一些有效的减振措施。     

齿面摩擦和啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性的影响研究

针对双渐开线齿轮传动动态特性问题,通过建立双渐开线齿轮的有限元模型,综合考虑齿面摩擦与齿轮啮合刚度二因素,对双渐开线齿轮传动系统进行了有限元模态分析,运用响应曲面法研究了齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮振动变形和模态频率的影响;选取不同模态阶数对双渐开线齿轮传动系统进行了动态特性研究,分析了不同模态阶数下双渐开线齿轮的振动变形与模态频率变化状况。研究结果表明,随着齿面摩擦因数与齿轮啮合刚度的增加,不同模态阶数下双渐开线齿轮传动系统各阶振动变形与模态频率均显著增加,齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性有一定影响,在对齿轮传动系统进行动态特性研究时,必须对齿面摩擦与齿轮啮合刚度进行充分考虑。     

推焦装置刚柔耦合模型动力学仿真分析

针对大型焦炉推焦装置在推焦过程中工作部件推焦杆经常出现振动,可能影响推焦装置工作稳定性、降低焦炭成品率甚至对焦炉造成破坏等问题,采用通过刚柔耦合动力学模型分析来确定振动激励源的方法,以推焦装置为研究对象,应用多软件联合仿真建立了推焦装置刚柔耦合模型,通过实验测试振动信号对仿真模型进行了验证,并进而通过动力学仿真得出推程中推焦杆振动主要是由于滑靴与炭化室地面存在摩擦引起的,获得了随着动摩擦系数的减小,推程中推焦杆的振动加速度均方根值变小,振动明显减弱等规律。研究结果可为推焦装置后续减振及优化设计提供重要参考。     

6.25m捣固型焦炉设备振动疲劳的可靠性分析

推焦杆振动是6.25m捣固型焦炉设备在推焦过程中常见的一种现象,导致推焦杆过快出现机械疲劳,寿命也会大幅度缩短.通过仿真试验模拟推焦杆振动形态,分析结果认为自激振动是导致推焦杆机械疲劳的原因之一.针对引起机械振动的原因,提出定期检查和校对联轴器对中,保证齿轮齿条啮合中心距恒定等优化建议,为延长推焦装置寿命,保证6.25m捣固型焦炉设备使用效果提供一定帮助.     

联合仿真与试验探究润滑油黏度对齿轮振动的影响

为探究润滑油黏度对齿轮振动特性的影响,运用传动系统仿真软件Romax建立齿轮啮合润滑模型,分析了两种不同黏度润滑油时齿轮啮合润滑油膜厚度;在齿轮运转试验台架上对使用不同黏度润滑油的两对齿轮分别进行振动试验,采集振动信号数据;利用MATLAB对振动数据进行频域处理,对比结果并从齿面润滑状态以及微凸体相互作用的角度,对两对齿轮振动结果进行分析.分析结果表明:润滑油黏度对齿轮振动有较大影响,润滑油黏度越大,齿轮啮合时齿面间的润滑油油膜越厚,齿面间不易发生干摩擦,且微凸体碰撞就越弱,从而齿轮的振动频幅越小.     

齿轮啮合中的摩擦激励频率分析与润滑降噪特性研究

采用噪声频谱分析的方法对C630车床床头箱挂轮在不同情况下的振动噪声进行测试,分析了各种振动情况的频率成分,证明了齿轮摩擦激励频率为啮合频率2倍的结论.研究结果表明:摩擦激励频率与固有频率没有直接关系;采用润滑降噪剂能有效抑制摩擦激励.     

发动机激励下行星传动非线性啮合力特性

建立了发动机波动转矩激励下的行星传动纯扭非线性振动模型,模型中考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差以及各行星轮位置相角时变性。根据信号调制原理,分析了行星排啮合力边频带的产生原因。把发动机转速、转矩分成4种典型工况,在时域和频域内对行星排啮合力进行深入分析。研究表明,啮合力以单边冲击为主,啮频倍频与部件转频倍频调制普遍存在,受发动机工作状态影响相对较小,啮频倍频与波动转矩频率倍频调制则受工作状态影响很大,高速重载时作用最显著。该结论为行星齿轮传动设计提供了依据。     

基于齿面摩擦的斜齿轮传动动力学特性分析

为了研究斜齿轮齿面摩擦的动力学特性,建立了12自由度斜齿轮系统动力学模型,以时变的啮合刚度作为研究基础,并考虑了假定摩擦系数恒定、接触线上载荷均布状况下摩擦力的影响,以一斜齿轮对为研究对象,采用Newmark法求解齿轮系统的动力学响应,分析有摩擦和无摩擦两种工况下位移变化,结果表明在摩擦力作用下,垂直齿轮啮合线方向的振动加剧,对传动系统平稳有不良影响。模型亦有助于斜齿轮啮合摩擦激励变化特性的进一步研究,结论对齿轮系统的设计分析有一定参考价值。     

动静摩擦因数对推焦系统动力学特性的影响

为了研究推焦装置振动的机理,建立了一个两自由度的摩擦自激振动模型。采用李雅普诺夫稳定性理论获得了推焦系统的临界失稳速度,并对推焦系统的稳定性进行了分析,通过理论计算求取了推焦系统的临界黏滑速度,并对推焦系统的黏滑运动进行了分析。通过分析不同驱动速度下系统的稳定性和黏滑运动特性,对理论计算结果进行了验证。鉴于动静摩擦因数变化对推焦系统稳定性和黏滑运动的影响,采用数值仿真的方法获取了摩擦因数变化情况下系统的相图和Poincare截面图,采用虚拟样机技术获得了在不同摩擦因数下推焦装置的速度响应曲线图。结果表明,动静摩擦因数差值的减小有利于推焦系统稳定性的提高,但无法改善推焦装置的黏滑振动现象。     

基于指数窗截取递推最小二乘法的齿轮啮合刚度辨识算法研究

齿轮在机械传动系统中有着广泛应用,由于齿轮啮合过程中参与啮合的轮齿对数周期变化,因此,齿轮啮合刚度为时变参数,在啮合时会产生啮合振动。当齿轮副出现齿根裂纹时,啮合刚度会减小,齿轮啮合产生的系统振动响应也发生改变,通过振动响应辨识齿轮啮合刚度能够监测齿轮副的健康状态。针对齿轮啮合刚度的时变特征,提出了基于指数窗截取递推最小二乘(Exponential window recursive least square,EWRLS)算法和振动信号瞬时频率的齿轮啮合刚度辨识方法。进行啮合刚度辨识时,EWRLS算法将输入、输出齿轮的转速曲线分别作为辨识输入信号和观测信号,使用指数窗函数进行数据截断,使用递推最小二乘算法估计系统参数。为了计算输入、输出齿轮的转速曲线,使用经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法将振动信号分解为具有不同变化频率的本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF),并根据IMF的平均频率重构输入、输出齿轮的特征信号。通过Hilbert变换计算特征信号的瞬时频率曲线,从而获得各齿轮的转速曲线。使用仿真和实测信号对算法进行验证,结果表明,EWRLS算法能够辨识齿轮副的时变啮合刚度。     

发动机齿轮断裂故障的有限元分析与试验研究

提出一种基于ANSYS Workbench的柴油发动机断齿故障有限元分析方法。通过Pro/E参数化建模构建了柴油发动机渐开线斜齿轮啮合传动模型,将其导入到ANSYS Workbench中完成瞬态动力学分析,得到了正常工况、断半齿和断单齿三种运行状态下的有限元分析结果。同柴油发动机齿轮断齿故障的试验振动数据进行了对比分析,结果表明,渐开线斜齿轮运转过程中接触应力呈现周期性变化特性,接触应力波动显著,存在明显的冲击现象,并且随着齿轮断齿程度的加剧,齿轮冲击力明显增大;幅值最大处对应的频率即为点火频率,故障振动时转频幅值显著大于正常齿轮啮合的转频幅值。     

基于润滑降噪实验的车床挂轮噪声分析

以一台C630车床空转噪声的测试数据为依据,分析了齿面摩擦对车床挂轮噪声的影响,以及摩擦激励频率与齿轮啮合频率的关系,并通过涂油润滑降低挂轮噪声的实验对此进行了验证。结果证明:齿面摩擦对齿轮振动的激励频率是啮合频率的2倍,可以利用适当的润滑有效地抑制齿轮噪声的高频成分。     

复杂多级齿轮-转子-轴承系统的动力学建模和数值仿真

以啮合线与水平线的夹角作为参考角度,总结了该参考角度在不同象限时沿着啮合线的相对位移的求解方法,根据此方法可以方便地求出多级齿轮系统的动态啮合力.建立了复杂多级齿轮-转子-轴承系统的动力学模型,模型中考虑了时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量、轴承刚度和弹性轴的影响.采用数值仿真方法求解了系统的动态响应,得到了转频、啮合频率及其边频带、啮合频率之间的组合频率及其边频带.为工程实践中的多级齿轮-转子-轴承系统的振动特性分析和故障诊断提供了依据.     

考虑受迫振动的齿轮传动轴动力学仿真分析

齿轮传动系统传动轴振动特性对保证安全运行具有重要作用,针对四级减速系统的传动轴展开了动力学分析,并展开加速度振动信号实验测试分析。研究结果得到:各阶模态也形成了更高频率值,传动轴前六阶固有频率范围为610～1325Hz,齿轮系统转频在1.3～581.32Hz范围内,传动轴达到了比最高啮合频率更高的最低固有频率,从而防止齿轮箱跟传动轴发生共振的问题。     

基于扭振信号的齿轮故障诊断方法研究

利用力学方法分析了齿轮故障和扭矩波动特性的关系.首先利用最小熵反褶积(MED)对扭矩信号降噪处理,然后利用变分模态分解(VMD)提取故障分量信号.结果表明,空载时可以根据齿轮的转频和啮合频率幅值的变化有效识别出齿轮的故障,而加载时则要依靠齿轮的啮合频率和其边频幅值的变化对齿轮的故障进行有效诊断.     

机车牵引齿轮断裂对箱体振动影响分析

为获取机车牵引齿轮断裂状态下箱体的振动特征。首先得到齿轮断裂状态下的时变啮合刚度。然后将变化的齿轮啮合刚度引入斜齿轮动力学模型，建立考虑齿轮传动系统的机车车辆整车动力学模型，考虑轨道不平顺激励和实际运行工况，实现齿轮断裂状态下的箱体动力学性能仿真。仿真结果表明：主动齿轮和从动齿轮发生断裂故障时，箱体的加速度幅值都会明显增加，频域分析表明悬挂频率和啮合频率以及间隔为各自转频的边频为主要发生频率，在运营维护中，可以通过监测箱体的加速度信号来判断断齿故障的发生。