故障参数下齿轮系统非线性动力学行为

为分析齿轮系统在故障条件下的非线性动力学变化机理,对不同故障参数下非线性齿轮系统的动力学行为进行了研究;建立了单齿冲击、单齿刚度、单齿磨损及全齿磨损的非线性动力学模型,采用齿轮混沌振子方法对其进行了分析;探讨了上述4种故障激励产生后齿轮系统吸引子的变化.研究表明,利用齿轮混沌振子能够较好地区分故障信号的大小,为更好地进行故障诊断提供了理论支持,也为旋转机械的故障诊断提供了一种新方法.     

随机外激励下齿轮非线性系统的全局分析

结合随机激励下齿轮非线性系统的特点，研究了一种分析齿轮非线性随机系统的全局初值特性的方法。把系统所在的状态空间转化为胞空间，在胞空间内，用胞的中心点的初值特性来近似表示整个胞的初值特性。分析了系统的运动特性，通过Monte Carlo方法计算出胞与胞相互映射时的转移概率，获得了系统的转移概率矩阵，进而利用Markov链理论，对随机外激励下含间隙和时变刚度的单对齿轮非线性系统进行全局特性分析，得到了系统的最终运动形式。     

齿轮系统参数对全局特性影响的研究

针对单对齿轮的时变非线性模型,利用混合胞映射方法对系统进行了全局分析。得到了系统在不同的输入转矩波动、齿侧间隙、齿轮综合误差、激励频率和阻尼比参数下系统的全局特性。分析了这些参数变化时系统吸引子的吸引域的演变规律。提出用系统对初值变化的敏感度来评定系统非线性动力学行为对初始条件依赖性的程度。研究表明系统在阻尼比较小、转速较高或齿轮综合误差比较大时系统的全局动态品质较差。     

试验·研究

GJ20055030 齿轮系统参数对全局特性影响的研究[刊,中]/刘梦军…//机械工程学报.—2004,40(11).—58～63针对单对齿轮的时变非线性模型,利用混合胞映射方法对系统进行了全局分析。得到了系统在不同的输入转矩波动、齿侧间隙、齿轮综合误差、激励频率和阻尼比参数下系统的全局特性。分析了这些参数变化时系统吸引子的吸引域的演变规律。提出用系统对初值变化的敏感度来评定系统非线性     

核函数主元分析及其在齿轮故障诊断中的应用

提出了基于核函数主元分析的齿轮故障诊断方法。该方法通过计算齿轮振动信号原始特征空间的内积核函数来实现原始特征空间到高维特征空间的非线性映射。通过对高维特征数据作主元分析,得到原始特征的非线性主元,以所选的非线性主元作为特征子空间对齿轮工作状态进行分类识别。用齿轮在正常状态、裂纹状态和断齿状态下的试验数据对该方法进行了检验,比较了主元分析与核函数主元分析的分类效果。结果表明,核函数主元分析能有效的检测裂纹故障的出现,正确区分不同的故障模式,更适于提取故障信号的非线性特征。     

非线性齿轮系统单齿故障动力学特性

针对齿轮系统运行过程中具有非线性动力学特性,借鉴混沌振子检测理论中根据系统相轨变化检测信号的原理,分析了齿轮单齿故障冲击信号出现的成因及其出现故障后非线性动力学特性的变化,建立了基于冲击分析的非线性齿轮系统单齿故障动力学模型。通过分析发现,齿轮系统模型在一定的参数条件下,其动力学特性会进入混沌状态。而在相同参数条件下,出现单齿冲击故障并达到一定程度后,齿轮系统会在故障冲击的激励下进入大周期运动,从而表现出明显异于无故障条件下齿轮系统的动力学特性。仿真结果表明,该方法能有效区别齿轮系统单齿故障状态。     

基于图胞映射方法的单自由度非线性齿轮系统全局特性分析

建立含时变刚度、齿侧间隙等非线性因素的单自由度非线性齿轮系统的数学模型,介绍以图论理论和广义胞映射理论为基础的图胞映射方法,并据此提出一种解非线性问题的图胞映射算法,运用提出的图胞映射算法对齿轮非线性系统进行全局分析,得到系统的吸引子、吸引域、不稳定解以及吸引域边界等全局特性.结果显示:当Ω=0.45,0.80,1.50时,系统分别具有1个、3个和2个稳定的吸引子,当Ω=1.50时,系统还具有一个不稳定的吸引子.最后利用系统的相图进行对比分析,分别取不同吸引域内的点为初始点,最终收敛于相应的稳定的吸引子,从而验证图胞映射算法的有效性和可信性.利用图胞映射算法的计算结果可实现在不良参数条件下,通过合理控制系统的初始条件获得良好的系统响应.     

含故障的齿轮系统非线性动力学特性分析

综合考虑轻微磨损故障和裂纹故障等因素,建立含故障的直齿轮副的非线性动力学模型,并利用4～5阶变步长Runge-Kutta法对含故障的直齿轮模型的动力学方程进行数值求解;得到了单级齿轮系统在无故障、轻微磨损故障和裂纹故障状态下系统的分岔图、相图和Poincaré映射图;研究了齿轮系统在无故障和故障时的动力学行为,研究结果为齿轮系统的故障诊断、动态设计和安全运行等提供了理论参考。     

基于QPSO-Volterra的齿轮裂纹故障特征提取

鉴于目前主流齿轮裂纹故障检测方法所存在的局限性(即仅利用系统响应作为研究对象,很少考虑输入对于故障特征提取的作用),并考虑到其作为一种典型非线性系统所蕴含的动态特性,将Volterra级数理论应用于不同状态齿轮啮合传动系统,以充分发挥Volterra级数能够综合利用系统输入、输出数据进行系统非线性特性描述的优势;同时考虑到QPSO算法较高的全局搜索能力,采用该算法对齿轮啮合传动系统Volterra模型进行了时域核辨识。仿真实验结果表明,高阶时域核对于齿轮裂纹故障所引起的系统非线性特性变化非常敏感,可以有效地表征并区分出不同状态下齿轮啮合传动系统的非线性动态特性,达到了预期目的。     

用胞映射法计算摩擦对齿轮吸引域的影响

针对计及摩擦的单对齿轮传动系统的时变非线性模型,应用胞映射方法对系统进行了吸引域计算,得到了在不同的摩擦系数、时变刚度和激励频率参数下系统的吸引域和全局特性,分析了这些参数变化时系统吸引子吸引域的演变规律.研究表明,系统的竞争吸引子是互相缠绕的,摩擦能改变周期运动吸引子的性态,也能降低混沌时的Lypunov指数,有利于提高系统的全局稳定性.     

齿侧间隙对齿轮系统动力学行为的影响

为分析齿轮传动系统在齿侧间隙变化条件下的非线性动力学变化机理,对不同齿侧间隙参数下非线性齿轮传动系统的动力学行为进行了研究,建立了全齿齿侧间隙变化的齿轮传动系统非线性动力学模型,探讨了不同齿侧间隙参数条件下齿轮传动系统吸引子的变化。研究表明,齿侧间隙的变化不仅能够影响齿轮传动系统振动幅值的变化,同时,齿侧间隙的变化也能够显著改变齿轮传动系统的动力学行为,使齿轮传动系统在混沌状态与周期状态间发生跃变。研究结果能够为齿轮传动系统的设计和故障诊断提供一定的参考。     

齿面早期复合故障诊断

针对齿轮系统在复杂工况下轮齿表面早期复合故障难诊断的问题,分析了轮齿齿面不同故障引起的瞬时传动误差变化的规律,建立了含不同齿面故障的齿轮系统传动误差模型.根据齿轮系统传动误差信号的阶次特征,采用改进陷波滤波的方法,从传动误差信号中分离出轮齿故障引起的传动误差分量信号.经齿轮传动系统实验台实测传动误差信号实验验证,结果证明:传动误差信号信噪比高,轻载变速工况下,经陷波滤波分离的故障传动误差分量信号能够准确反映不同类型的齿面早期故障.     

一种基于EMD与多特征支持向量机(SVM)故障诊断方法

针对齿轮箱故障振动信号的不平稳非线性冲击行为,本文提出了一种基于经验模态分解的特征值提取及多特征支持向量机的智能诊断方法。在电机频率分别取30 Hz、35 Hz、40 Hz;载荷分别取0 N∙M、15 N∙M、30 N∙M;采样频率为1500 Hz条件下,进行齿轮正常状态、齿面磨损和齿轮裂痕故障模拟实验。试验结果表明:该创新方法在有限样本数据分析中可以准确、有效地对齿轮箱的工作状态和故障类型进行分类,且支持向量机在故障诊断中使用方便,可以提高诊断的精确性,在齿轮箱故障诊断或类似振动信号的检测应用中具有很强的实用性。     

KPCA法在风电机组齿轮箱故障诊断中的应用

将核主成分分析法应用于风电机组齿轮箱的故障诊断中,通过计算齿轮箱振动信号原始数据空间的内积核函数来实现原始数据到特征空间的非线性映射。利用某风场齿轮箱的正常工作状态、初期磨损状态以及断齿状态下的振动数据进行测试,对主成分分析法和核主成分分析法的分类结果进行了分析比较。实验结果表明,核主成分分析法能够有效地对齿轮故障信号进行特征提取和模式分类,更适合于故障信号非线性特征的提取。     

基于主流形识别的非线性时间序列降噪方法及其在故障诊断中的应用

提出了一种新的基于主流形识别的非线性时间序列降噪方法。新的降噪方法将一维时间序列重构到高维相空间,利用非线性降维方法找出动力学系统在相空间中具有全域正交坐标系的低维主流形,然后根据主流形反求一维时间序列,进而达到降噪的目的。对洛伦兹信号进行的数值试验证明,与奇异谱分解等现有非线性分析方法相比,基于主流形识别的降噪方法能更加有效地消除混沌时间序列中的高斯白噪声。将该方法应用于带有断齿故障的齿轮箱振动信号的故障分析中,成功地提取出了淹没在带噪信号中的冲击特征。     

The Slow-Speed Wear Behavior of Case-Carburized Gears Lubricated with NLGI 00 Grease under Boundary Lubrication Conditions

NLGI 00 greases are often used to lubricate gears running at low pitch line velocities, such as, for example, in large open gear drives. At low pitch line velocities, sliding wear, which under these operating conditions is referred to as slow speed wear, is often the limiting factor to gear lifetime. A thorough knowledge of the effect of different grease components on the wear behavior is therefore important when selecting a grease to effectively reduce gear wear in a given gear drive. In order to systematically investigate and analyze the influence of different grease components on the slow-speed wear behavior of case-carburized gears, systematic gear tests using the Gear Research Center's (FZG) back-to-back gear test rig were conducted. Primarily, the focus of the experimental investigations is on the influence of the base oil viscosity and type, the additive type, and also the type of soap thickener on the gear wear behavior at low pitch line velocities. To experimentally determine the influence of these different grease components on the wear behavior of case-carburized gears, a modified, more stringent wear test, based on the standard DGMK slow-speed wear test for gear oils, was developed. Different NLGI 00 greases with base oil viscosities between ν₄₀ = 70 and 1,200 mm²/s were investigated.

Base oil type and base oil viscosity were shown to have only a minor effect on the wear behavior under boundary lubrication conditions. On the other hand, the thickener type and especially the additive type play an important role in determining the wear behavior.